Парадоксы в физике: новый подход

Е. Иванов

Июнь, 2004.

В этой статье мы попытаемся по-новому взглянуть на проблему парадоксов в физике. Неклассические физические теории (СТО, ОТО, квантовая теория) наполнены парадоксами. Само возникновение этих теорий в значительной мере было связано с попытками объяснить обнаруженные противоречия в поведении физических объектов. Теория относительности пыталась разрешить противоречие между электродинамикой и классической механикой (было установлено, что движение световых волн не удовлетворяет принципу относительности Галилея, т.к. скорость света не зависит ни от движения его источника, ни от движения  приемника и в вакууме всегда имеет одно и то же значение). Квантовую механику формально также можно рассматривать как попытку объяснить парадоксальную двойственность поведения микрообъектов:   в одних ситуациях они ведут себя как точечные объекты (корпускулы), а в других – проявляют волновые свойства. Однако, разрешая одни парадоксы, эти теории порождают новые парадоксы (парадокс близнецов, парадокс вращающегося кольца (“парадокс Эренфеста“), парадокс “подводной лодки“,  парадокс рычага и др.– в СТО, парадокс редукции волновой функции, парадокс кошки Шредингера, парадокс Эйнштейна-Подольского-Розена - в квантовой теории и др.). Создается впечатление, что нам так никогда и не удастся  избавиться от парадоксов – устраняя одни парадоксы, мы тут же обнаруживаем массу  новых.

В чем же причина возникновения парадоксов? Обычно полагают, что парадоксы – суть следствие несовершенства наших теорий. Нам говорят: природа не может сама по себе быть противоречивой. Следовательно, совершенные теории должны быть лишены парадоксов. Так ли это?       Рассмотрим внимательнее характер физических парадоксов. В некоторых случаях парадоксы, видимо, носят мнимый характер и ощущение  парадоксальности возникает лишь в силу необычности передсказываемых явлений (например, парадокс близнецов). В других случаях возникают истинные противоречия. Эти противоречия можно разделить на “внутритеоретические“ и “межтеоретические“. В первом случае противоречия возникают между различными положениями внутри одной и той же теории. Примером здесь может служить парадокс  редукции волновой функции в квантовой механике: с одной стороны, процесс измерения, как и любой другой физический процесс, должен описываться в терминах волновых функций, подчиненных уравнению Шредингера. Но в таком случае мы не получаем определенных результатов измерения – в результате взаимодействия с микрообъектом прибор просто переходит в состояние суперпозиции макросостояний, отражающих все возможные значения измеряемой величины. Поэтому, для согласования математического аппарата с реальным положением дел приходится вводить дополнительный постулат “редукции волновой функции“, который никак не вписывается в Шредингеровский формализм (редукция – нелинейный процесс, что противоречит линейности уравнения Шредингера). Таким образом, постулат редукции волновой функции вступает в противоречие с постулируемой  универсальностью Шредингеровского описания эволюции квантовых систем.

В других случаях противоречия возникают при попытке соединить (или свести друг к другу)  физические теории, относящиеся к различным уровням описания реальности. Существуют противоречия между классической механикой и классической электродинамикой (что и породило теорию относительности), между классической и квантовой механикой (квантовая механика предсказывает “макроскопические суперпозиции“, которые должны возникать при взаимодействии объектов макро и микромира,  которые реально не наблюдаются (т.н. парадокс “кошки Шредингера“), предсказывает также ненаблюдаемое  в действительности расплывание волновых пакетов макрообъектов). Общепризнанно наличие противоречий между классической и квантовой механикой, с одной стороны, и термодинамикой, с другой (уравнения классической и квантовой механики обратимы во времени, тогда как термодинамика постулирует существование необратимости, которая реально обнаруживается в поведении большого числа микрочастиц). Существует противоречие  между квантовой механикой и общей теорий относительности (что затрудняет создание теории квантовой гравитации).  Создается впечатление, что природные объекты в разных ситуациях и в разных пространственно-временных масштабах подчиняются различным, логически несовместимым друг с другом законам. Так ли это на самом деле или же мы имеем дело с иллюзией, порожденной несовершенством наших теорий?

С нашей точки зрения нет ничего невозможного в том, чтобы сами физические объекты обладали противоречивыми свойствами. Требование непротиворечивости основано на предположении, что “мир природы“ представляет собой некую замкнутую в себе, самодостаточную систему, которая самостоятельно производит все наблюдаемые нами физические явления.  Но вполне возможно, что природа не является замкнутой и самодостаточной системой – а является частью некой большей  (“сверхфизической“) системы, от которой она существенным образом зависит.  В таком случае мы должны признать, что природа, возможно,  не способна самостоятельно производить все наблюдаемые физические феномены. Но тогда нет никакой необходимости требовать самосогласованности физической картины мира. Разные фрагменты и уровни реальности вполне могут быть подчинены совершенно различным и даже логически несовместимым законам. Важно лишь, чтобы эти законы не обнаруживались одновременно в одной и той же физической ситуации.

Наглядной иллюстрацией здесь как раз может служить корпускулярно-волновой дуализм. Согласно принципу дополнительности Н. Бора, волновые и копрускулярные свойства микрообъектов проявляются в строго различных, непересекающихся ситуациях и таким образом никаких явных противоречий в нашем опыте не возникает, несмотря на логическую несовместимость описания одного и того же объекта как  волны и как частицы. (Здесь напрашивается очевидная  аналогия с кинематографом: различные “киночудеса“ и несогласованности в киноповествовании возможны, очевидно, лишь в силу того, что “кинореальность“ не является чем-то замкнутым и самодостаточным и она не производит самостоятельно свои собственные явления: персонаж боевика падает не потому, что его “убила“ нарисованная на экране пуля. Важно лишь чтобы противоречащие друг другу феномены  “не попали в один и тот же кадр“).

Таким образом, вполне возможно, что парадоксы физики (или, по крайней мере, некоторые из них)  отражают не дефекты наших теорий, а отражают объективную несамосогласованность тех физических закономерностей, которые в совокупности и образуют “мир природы“. Несамодостаточность физической реальности предполагает, что регулярные, воспроизводимые и законосообразные процессы в природе  могу сочетаться с процессами нерегулярными, невоспроизводимыми и противоречащими любым известным законам природы. Т.е. должны существовать “аномальные явления“ или “чудеса“. И они действительно существуют. Мы имеем здесь в  виду не только различные парапсихологические и прочие подобные необъяснимые явления. Наличие жизни  и сознания - тоже есть своего  рода чудо, поскольку эти феномены необъяснимы с точки зрения современной физической парадигмы [1].

 Существование аномальных явлений – более всего и побуждает нас признать несамодостаточность известной нам физической реальности. “Сверхфизическая“ реальность, если она существует, с необходимостью  должна как-то действовать в составе физической реальности – иначе она была бы принципиально ненаблюдаемой. Поэтому отношение физического и “сверхфизического“ нужно понимать не как отношение “видимого“ и “невидимого“  (воспринимаемого и невоспринимаемого) или “действующего“ и “недействующего“, но как отношение регулярного и нерегулярного, законосообразного и нарушающего эти законы, нормального и аномального.

Литература

 

1. Иванов Е.М. Я и Абсолют: О перспективах решения психофизической проблемы. Саратов, 2003.