Анатолий Ахутин - История принципов физического эксперимента от античности до XVII века

Вся исследовательская работа проводилась автором в секторе истории физики Института истории естествознания и техники. Сектором руководил ныне покойный доктор физико-математических наук, профессор Я. Г. Дорфман. Без постоянного серьезного и чуткого внимания, которое уделял автору проф. Я. Г. Дорфман, работа не могла бы быть завершена. Если исследование приняло законченную форму монографии, то автор прежде всего обязан этим помощи проф. Я. Г. Дорфмана и творческому общению с сотрудниками сектора истории физики.

Я признателен также всем, кто высказывал критические замечания о работе. Прямо или косвенно они были неизменно полезны для автора.

Введение

В тот период, о котором пойдет речь в нашем исследовании, научное познание имело такой смысл и занимало такое место в культуре, что историку науки каждый раз приходится обосновывать правомерность своего анализа, доказывать, что речь идет не о простом распространении современных представлений на прошлое. Если же говорят о формах экспериментальной деятельности, свойственных научному мышлению античности или средневековья, нужда в таком обосновании особенно остра. Поэтому мы хотим предпослать историческому описанию несколько соображений общего характера. Эти соображения не претендуют на теоретическую строгость или завершенность. Вводимые здесь представления будут уточняться и развиваться по ходу изложения материала.

Во введении нельзя, разумеется, дать сколько-нибудь подробный логико-философский анализ проблемы эксперимента во всех аспектах, развернутых в современной чрезвычайно обширной и разнообразной литературе по этому предмету. Вопросы, которые мы собираемся сейчас обсудить, жестко связаны с одним ведущим: «Как возможно историческое исследование экспериментальной деятельности в физике, если речь идет о древней науке?» Понятие эксперимента развертывается поэтому лишь в той мере, которая необходима для нашей сравнительно узкой темы.

I

Вопрос: «Что такое эксперимент?» с некоторых пор оказался отнюдь не тривиальным для теоретической физики. Если в рамках классической физики разграничение прибора и испытуемого объекта не составляло проблемы, и экспериментатор не задумываясь разделял единое физическое событие на «орудие» (средство наблюдения) и «предмет» (наблюдаемое), то уже в развитии электродинамики и явно с возникновением релятивистских и квантово-механических проблем само это разделение стало предметом теоретического анализа *. Теория прибора и измерения выступила в качестве существенной части теории самого объекта.

* См. примечания в конце книги.

Необходимость включить в теорию «точку зрения наблюдателя» впервые была теоретически осмыслена в теории относительности Эйнштейна. В принципе относительности это определяется как требование исключить неявное присутствие «точки зрения» из формулировки физических законов 2 . Гораздо более радикальное и заостренно-проблемное выражение это требование нашло в рамках квантовой механики. «...Вытекающее из самой сути измерения применение классических понятий» 3 при описании квантово-механических событий повлекло за собой ряд неожиданных утверждений. Различные аспекты ситуации, зафиксированные в принципах наблюдаемости и неопределенности Гайзенберга и в принципе соответствия Бора были затем сведены Бором в принцип дополнительности. В известной дискуссии с Эйнштейном, Подольским и Розеном о «полноте квантово-механического описания» и в многочисленных статьях и докладах Бор показал содержательную глубину этого принципа 4 .

Необходимо, с одной стороны, чтобы квантово-механические объекты были объектами возможного эксперимента. В определенной экспериментальной установке, подчиняющейся законам классической физики, они, следовательно, могут быть воспроизведены только как «псевдоклассические» объекты (квантово-механический объект, воспроизведенный с определенной классической «точки зрения»). «Дополнительность» есть в этом смысле способ рассматривать квантово-механический объект, включив в его теорию возможные классические «точки зрения» на него.

С другой стороны, любой процесс измерения квантово-механического объекта сам по себе есть квантово-механическое событие. Измеряемое деформируется, становится другим в самом акте измерения. Поскольку взаимодействие между прибором и объектом конечно и того же порядка, что и взаимодействие между самими квантовыми объектами, измерительное устройство оказывается как бы частью измеряемого. Теория потенциального измерения (возможного эксперимента) должна быть включена в теорию квантового объекта как такового.