Ալբերտ Այնշտայն
Այս տարի լրանում է մեր ժամանակների մեծագույն մտածող, ֆիզիկոս Ալբերտ Այնշտայնի մահվան 50 տարին և նրա գլուխգործոցներից մեկի՝ հարաբերականության հատուկ տեսության ստեղծման 100 տարին։ Այդ կապակցությամբ այս տարին հայտարարված է Ֆիզիկայի տարի։ Այնշտայնը այն գործիչներից է, որոնց հարկ չկա ներկայացնել։ Նրա անունը XX դարի առասպելներից է։ Միայն 1905 թվականին նա Annalen der Physik ամսագրում հրատարակեց հինգ աշխատանք՝ բրոունյան շարժման, լուսաէֆեկտի և հարաբերականության հատուկ տեսության վերաբերյալ, որոնցով միանգամից մտավ խոշորագույն ֆիզիկոսների շարքը։ Նրա այդ և հետագա աշխատանքներից յուրաքանչյուրը մի ցնցում էր ֆիզիկայի մեջ, որի ալիքները տարածվում էին գիտության բոլոր բնագավառներով։ Լուսաէֆեկտի և պինդ մարմինների ջերմունակության վերաբերյալ աշխատանքներն, ըստ էության, հիմք դրեցին քվանտային մեխանիկայի զարգացմանը, իսկ հարաբերականության տեսությունը լիակատար ձևով փոխեց ժամանակի, տարածության, մատերիայի և էներգիայի մասին դարերով քարացած պատկերացումները և հնարավորություններ ընձեռեց XX դարում ֆիզիկայի (և ոչ միայն) բուռն զարգացման համար։ Մինչ Այնշտայնի աշխատանքը տարածությունը և ժամանակը համարվում էին բացարձակ և անփոփոխ։ Հարաբերականության տեսության առաջին մասում Այնշտայնը ցույց տվեց, որ դրանք հարաբերական են և որոշվում են դիտորդի հաշվարկման համակարգով։ Իսկ հարաբերականության ընդհանուր տեսությամբ ապացուցեց, որ տարածության և ժամանակի հատկությունները որոշվում են մատերիայով։ Նա դուրս բերեց նյութի զանգվածի և էներգիայի մասին իր հանրահայտ E=mc2 բանաձևը, որը դարձավ մեր դարաշրջանի գիտության խորհրդանիշը։
Այնշտայնը հաճախ է ելույթներ ունեցել, հոդվածներ գրել նաև մարդկության պատմության մեջ գիտության դերի, գիտության և կրոնի փոխհարաբերության, գիտության մեթոդաբանության, մարդկության իմացության հիմքերի և հասարակական հնչեղություն ունեցող այլ հարցերի մասին։ Այս աշխատանքներում ևս զգացվել է մեծ մտածողի՝ բարդ և դժվարագույն հարցերի մեջ խորամուխ լինելու և ամենակարևորն ու որոշիչդ գտնելու հազվագյուտ ունակությունը։ Ընթերցողի ուշադրությանն ենք ներկայացնում նրա աշխատանքներից մի քանիսը, որոնք ընտրել ենք 1982 թվականին Three Rivers Press, New York, Albert Einstein “Ideas and Opinions” ժողովածուից։ Այս աշխատանքներին ծանոթանալն, անշուշտ, մեծ ճանաչողական և կրթական նշանակություն կունենա բոլոր ընթերցողների և մանավանդ ապագա ֆիզիկոսների համար։ Ինչպես ինքն է ասել իր ելույթներից մեկում, ամեն դեպքում, հետաքրքիր կլիներ իմանալ, թե ամբողջ կյանքում իր ողջ կարողությամբ հիմնադրույթներ մաքրել և շտկել ջանացող մարդը ինչպես է նայում գիտության իր սեփական բնագավառին։ Նյութերն ընտրված են այնպես, որ ընդգրկեն տարբեր բնագավառներ և հնարավորինս համակողմանիորեն ներկայացնեն Այնշտայնի հայացքները մարդկային իմացության տարբեր բնագավառների վերաբերյալ։
ՏԵՍԱԿԱՆ ՖԻԶԻԿԱՅԻ ՄԵԹՈԴԻ ՄԱՍԻՆ
Դասախոսությունը կարդացվել է Օքսֆորդում, 1933 թ. հունիսի 10-ին, Հերբերտ Սպենսերի հիշատակին։ Տպագրվել է Mein Weltbild, Ամստերդամ, Querido Verlag, 1934 թ.։
Եթե ցանկանում եք տեսաբան ֆիզիկոսից որևէ բան իմանալ նրա մեթոդների մասին, խորհուրդ կտայի հետևել մեկ սկզբունքի՝ մի հավատացեք նրա բառերին, այլ սևեռեք ձեր ուշադրությունը նրա գործերի վրա։ Նրան, ով տվյալ ասպարեզում մի բան է հայտնագործել, իր երևակայության արդյունքները թվում են այնքան անհրաժեշտ ու բնական, որ նա դրանք դիտում է և ցանկանում է, որ ուրիշներն էլ դիտեն ոչ թե որպես մտքի ստեղծագործություն, այլ իրական փաստեր։
Այս բառերը հնչում են, կարծես, հրավեր՝ լքելու այս դասախոսությունը։ Դուք ինքներդ ձեզ կասեք՝ այս անձնավորությունն ինքը աշխատում է որպես տեսաբան ֆիզիկոս և, հետևաբար, պետք է որ տեսական գիտության կառուցվածքի հարցերը թողնի փիլիսոփաներին։
Նման քննադատությունից կարող եմ պաշտպանվել՝ արտահայտելով իմ անձնական տեսակետը և հավատացնելով ձեզ, որ դա չի եղել իմ նախաձեռնությունը, այլ՝ ուրիշների բարյացակամ հրավերի արդյունքը, որ ես բարձրացել եմ այս ամբիոն, սրա նպատակն է հարգել մարդու հիշատակը, որն իր ողջ կյանքի ընթացքում մարտնչել է իմացության միասնականության համար։ Սակայն օբյեկտիվորեն իմ դեպքը կարող է արդարացվել նրանով, որ, ամեն դեպքում, հետաքրքիր կլիներ իմանալ, թե ամբողջ կյանքում իր ողջ կարողությամբ հիմնադրույթներ մաքրել և շտկել ջանացող մարդը ինչպես է նայում գիտության իր սեփական բնագավառին։ Թե նա ինչպես է գնահատում դրա անցյալն ու ներկան, կարող է մեծապես կախված լինել այն բանից, թե նա ինչ հույսեր ունի ապագայի վերաբերյալ և ինչ նպատակներ է հետապնդում ներկայումս։ Սակայն դա յուրաքանչյուրի անխուսափելի ճակատագիրն է, ով խորը խրված է եղել գաղափարների աշխարհի մեջ։ Նրա հետ տեղի է ունենում նույն բանը, ինչ պատմաբանի, որը նույն կերպ, չնայած միգուցե անգիտակցաբար, խմբավորում է իրադարձությունները ինչ-որ գաղափարի շուրջ, որոնք ստեղծել է ինքն իր համար մարդկության պատմության առարկայի վերաբերյալ։ Այժմ մի հայացք նետենք տեսական համակարգի զարգացման վրա, առանձնակի ուշադրություն դարձնելով տեսության բովանդակության և փորձնական փաստերի ամբողջության փոխհարաբերության վրա։ Մեր ամբիոնում հիմա զբաղված ենք իմացության երկու անբաժանելի բաղադրիչների՝ փորձի և գիտակցության հավիտենական հակադրության հարցերով։
Մենք ակնածում ենք հին Հունաստանի նկատմամբ՝ որպես արևմտյան գիտության օրրանի։ Այստեղ առաջին անգամ աշխարհն ականատես եղավ տրամաբանական համակարգի հրաշքին, որը քայլ առ քայլ զարգանում էր այնպիսի ճշգրտությամբ, որ նրա դրույթներից յուրաքանչուրը բացարձակապես կասկածից դուրս էր. ես նկատի ունեմ էվկլիդյան երկրաչափությունը։ Տրամաբանության այս հրաշալի հաղթարշավը մարդու մտածողությանը տվեց հետագա զարգացման համար անհրաժեշտ ինքնավստահություն։ Եթե Էվկլիդեսը չի վառում ձեր պատանեկան խանդավառությունը, ուրեմն դուք չեք ծնվել գիտական մտածող դառնալու համար։
Բայց նախքան մարդկությունը կհասունանար մի գիտության համար, որը կամփոփեր ամբողջ իրական աշխարհը, մի երկրորդ հիմնարար ճշմարտություն էր անհրաժեշտ, որը, սակայն, Կեպլերի և Գալիլեյի հայտնվելով դարձավ միայն փիլիսոփաների սեփականությունը։ Զուտ տրամաբանական մտածողությունը մեզ չի կարող տալ էմպիրիկ աշխարհի մասին որևէ իմացություն, իրական աշխարհի իմացությունն սկսվում է փորձով և վերջանում է նրանով։ Զուտ տրամաբանական մեթոդով ձեռք բերված եզրահանգումները սին են իրական աշխարհի դիտակետից։ Քանի որ Գալիլեյն հասկացավ դա և, մասնավորապես, քանի որ նա դրա մասին թմբկահարում էր գիտական աշխարհում, ուստի նա է ժա մանակակից ֆիզիկայի հայրը, իրականում ամբողջ ժամանակակից գիտության հայրը։
Այսպիսով, եթե փորձը իրական աշխարհի մասին մեր ողջ գիտելիքների ալֆան ու օմեգան է, ապա ո՞րն է գիտության մեջ մաքուր տրամաբանության դերը։ Տեսական ֆիզիկայի ամբողջական համակարգը կազմված է սկզբունքներից, հիմնարար դրույթներից, որոնք ըստ ենթադրության, տեղի ունեն այդ սկզբունքների պայմաններում, և եզրահանգումներից, որոնց հանգում են տրամաբանական դատողությունների արդյունքում։ Այս եզրահանգումներն են, որ պետք է համապատասխանեն մեր ունեցած անկախ փորձին, յուրաքանչյուր տեսական աշխատության մեջ դրանց հանգումը զբաղեցնում է համարյա ամբողջ գիրքը։ Սա հենց այն է, ինչին հանդիպում ենք էվկլիդեսյան երկրաչափության մեջ, բացի նրանից, որ այնտեղ հիմնական օրենքները կոչվում են աքսիոմներ և խնդիր չկա եզրահանգումները համապատասխանեցնելու որևէ կարգի փորձի։ Սակայն եթե էվկլիդեսյան երկրաչափությունը դիտվի որպես տարածության մեջ գործնականորեն պինդ մարմինների հնարավոր փոխհարաբերությունների գիտություն, այլ խոսքերով ասած՝ այն դիտվի որպես ֆիզիկական գիտություն, առանց վերանալու նրա սկզբնական փորձարարական բովանդակությունից, ապա երկրաչափության և տեսական ֆիզիկայի միջև տրամաբանական համապատասխանությունը դառնում է լիակատար։
Այսպիսով, ֆիզիկայի տեսական համակարգում մաքուր տրամաբանությանը և փորձին հատկացրեցինք իրենց համապատասխան տեղերը։ Համակարգի կառուցվածքը տրամաբանության գործ է. էմպիրիկ տվյալները և դրանց փոխհարաբերությունները պետք է իրենց արտացոլումը գտնեն տեսական եզրահանգումների մեջ։ Այսպիսի արտացոլման հնարավորության մեջ է ամբողջ համակարգի և, մանավանդ, դրա հիմքում ընկած սկզբունքների և հիմնադրույթների միակ արժեքն ու արդարացումը։ Դրանից դուրս այս վերջինները մարդու բանականության ազատ հորինվածքն են, որ a priori չեն կարող արդարացվել ոչ այդ բանականության բնույթով և ոչ էլ որևէ մեկ այլ բանով։ Այս հիմնադրույթներն ու պոստուլատները, որոնք տրամաբանորեն չեն կարող հանգեցվել ավելի պարզերի, կազմում են տեսության այն էական մասը, որի վերաբերյալ այլևս դատողություններ չեն արվում։ Ամբողջ տեսության մեծագույն խնդիրն է այս այլևս պարզեցման ոչ ենթակա տարրերը դարձնել որքան հնարավոր է ավելի պարզ և որքան հնարավոր է ավելի փոքրաթիվ, առանց ստիպված լինելու դույզն իսկ կորցնել փորձի բովանդակությունը համարժեքորեն բացատրելու հնարավորությունը։
Գիտական տեսության հիմունքները զուտ երևակայական բնույթի մասին այս տեսակետը, որը ես նոր ուրվագծեցի, բոլորովին էլ տիրապետող չէր տասնութերորդ և տասնիններորդ դարերում։ Սակայն այն գնալով ուժ է հավաքում շնորհիվ այն փաստի, որ որքան ավելի պարզ է դառնում տրամաբանական կառույցը, այսինքն՝ որքան փոքրաթիվ են դառնում տրամաբանորեն անկախ սկզբունքային այն տարրերը, որոնք համարվում են անհրաժեշտ՝ կառույցը պահպանելու համար, այնքան գնալով մեծանում է մտավոր տարածությունը մի կողմից՝ հիմնադրույթների և օրենքների, և մյուս կողմից՝ այն եզրահանգումների միջև, որոնք պետք է համապատասխանության մեջ դրվեն փորձի հետ։
Դեռևս Նյուտոնը՝ տեսական ֆիզիկայի մի ամբողջական և գործուն համակարգի առաջին ստեղծողը, գտնում էր, որ իր համակարգի հիմնադրույթներն ու օրենքները կարող են ստացվել փորձից։ Սա է անկասկած նրա ասույթի իմաստը, «hypotheses non fingo»1։ Այդ շրջանում ժամանակի և տարածության մասին գաղափարները իրականում, կարծես թե, որևէ դժվարություն չէին ներկայացնում։ Զանգվածի, իներցիայի և ուժի գաղափարները և դրանք իրար կապող օրենքները, թվում էր, ուղղակիորեն հետևում էին փորձից։ Երբ այդ հենքը ընդունվում էր, գրավիտացիոն ուժի արտահայտությունը, կարծես, հնարավոր էր դառնում ստանալ փորձից, և տրամաբանական էր նույնը սպասել մյուս ուժերից։
Իրականում Նյուտոնի ձևակերպումից կարող ենք նկատել, որ բացարձակ տարածության և դրա մեջ ընդգրկված բացարձակ ժամանակի մասին գաղափարները նրան հանգիստ չէին տալիս։ Նա հասկանում էր, որ փորձը ոչինչ չէր ակնարկում այս վերջին գաղափարի մասին։ Նա լավ չէր ընկալում նաև հեռավորության վրա գործող ուժերի ներմուծումը։ Սակայն նրա դրույթների հսկայական գործնական հաջողությունները թույլ չտվեցին նրան և տասնութերորդ ու տասնիններորդ դարերի ֆիզիկոսներին հասկանալու այս համակարգի հիմքերի սխալ բնույթը։ Այդ շրջանի բնափիլիսոփաները, նրանց մեծ մասը, ընդհակառակը, համակված էին այն մտքով, որ ֆիզիկայի հիմնադրույթներն ու պոստուլատները տրամաբանական տեսակետից ոչ թե մարդու մտքի ազատ ստեղծագործությունն են, այլ կարող են դուրս բերվել փորձից «աբստրակցիայի», այլ խոսքերով ասած, տրամաբանության միջոցով։ Այս գաղափարի սխալ լինելու ճանաչումը տեղի ունեցավ հարաբերականության ընդհանուր տեսության ի հայտ գալով, որը ցույց տվեց, որ կարելի է ոչ նյուտոնյան հիմնադրույթերի հիման վրա բացատրել ավելի մեծ թվով փորձնական տվյալներ, ընդ որում, ավելի բավարար և լիարժեք ձևով։ Սակայն որոշ հիմնադրույթների՝ մյուսների նկատմամբ գերակա լինելու հարցից բացի, հիմնադրույթների՝ երևակայության արդյունք լինելու փաստը ակնհայտ է նրանով, որ կարողանում ենք նշել էապես տարբեր երկու սկզբունք, որոնցից երկուսն էլ մեծապես համապատասխանում են փորձին. Սա միաժամանակ ապացուցում է, որ մեխանիկայի հիմնադրույթների և պոստուլատների՝ տարրական փորձից տրամաբանորեն դուրս բերելու ամեն փորձ մատնված է անհաջողության։
Բայց եթե ճիշտ է, որ տեսական ֆիզիկայի աքսիոմատիկ հիմքը չի կարելի ստանալ փորձից, այլ պետք է կամայական ձևով հորինել, ապա ինչպե՞ս կարող ենք երբևիցե գտնել ճիշտ ուղին։ Դեռ ավելին, այդ ճիշտ ուղին գոյություն ունի՝ արդյոք մեր պատրանքներից դուրս։ Ընդհանրապես, կարո՞ղ ենք հուսալ ապահով կերպով ղեկավարվել միայն փորձով, երբ գոյություն ունեն տեսություններ (ինչպես օրինակ դասական մեխանիկան), որոնք մեծապես հենվում են փորձի վրա առանց խորանալու հարցի արմատների մեջ։ Առանց վարանելու պատասխանում եմ, որ գոյություն ունի ճիշտ ուղի և որ մենք ունակ ենք այն գտնելու։ Մինչ այժմ փորձն արդարացրել է մեր հավատն առ այն, որ բնությունը մեզ հասկանալի պարզագույն մաթեմատիկական գաղափարների իրականացումն է։ Ես վստահ եմ, որ պարզ զուտ մաթեմատիկական կառույցների օգնությամբ կարող ենք հայտնաբերել այն հասկացություններն ու դրանք իրար կապող օրենքները, որոնք մեզ կտրամադրեն բնական երևույթների ճանաչման բանալին։ Փորձը կարող է հուշել համապատասխան մաթեմատիկական հասկացությունների մասին, բայց դրանք հաստատ չեն կարող ստացվել նրանից։ Փորձը, իհարկե, մնում է որպես ֆիզիկայում մաթեմատիկական կառույցի կիրառելիության միակ հայտանիշը։ Սակայն, ստեղծագործական սկզբունքը գտնվում է մաթեմատիկայում։ Որոշակի իմաստով, հետևաբար, ճիշտ եմ համարում, որ զուտ գաղափարը կարող է ըմբռնել իրականությունը, ինչպես դրա մասին մեր նախնիներն էին երազում։
Այս վստահությունն արդարացնելու համար ստիպված եմ դիմել մաթեմատիկական հասկացությունների։ Ֆիզիկական աշխարհը ներկայացվում է քառաչափ կոնտինուումով։ Եթե ենթադրեմ, որ ռիմանյան մետրիկան է գործում այնտեղ և հարցնեմ, թե որոնք են այն պարզագույն օրենքները, որոնց կարող է բավարարել այդպիսի մետրիկան, հանգում եմ դատարկ տարածության մեջ գրավիտացիայի ռելյատիվիստիկական տեսությանը։ Եթե այդ տարածության մեջ ենթադրենք վեկտորական դաշտի կամ դրանից ստացվող անտիսիմետրիկ դաշտի գոյությունը և հարցնեմ, թե որոնք են այն պարզագույն օրենքները, որոնց այդպիսի դաշտը կարող է բավարարել, հանգում եմ դատարկ տարածության մեջ Մաքսվելի հավասարումներին։
Այս կետում դեռևս չունենք որևէ տեսություն տարածության այն մասերի վերաբերյալ, որտեղ էլեկտրական լիցքի խտությունը չի անհետանում։ Դը Բրոյլը մտածեց ալիքային դաշտի գոյությունը, և դա ի վերջո բացատրեց նյութի որոշ քվանտային հատկություններ։ Դիրակը սպինորներով ներմուծեց դաշտի նոր տեսակի մեծություններ, որոնց պարզագույն հավասարումները մեծապես հնարավորություն ընձեռեցին դուրս բերելու էլեկտրոնի հատկությունները։ Այնուհետև ես իմ գործընկեր Վալտեր Մայերի հետ հայտնաբերեցի, որ այս սպինորները մաթեմատիկական տեսակետից կազմում են քառաչափ համակարգի հետ կապված դաշտի մի նոր տեսակ, որն անվանեցինք «կիսավեկտորներ»։ Պարզագույն հավասարումները, որոնց այս կիսավեկտորները կարող են բավարարել, տալիս են այն բանալին, որը թույլ է տալիս հասկանալու երկու տիպի տարրական մասնիկների գոյությունը, որոնք ունեն իրարից տարբեր նկատելի զանգվածներ և հակառակ նշանի էլեկտրական լիցքեր։ Այս կիսավեկտորները սովորական վեկտորներից հետո այն պարզագույն դաշտերն են, որոնք հնարավոր են քառաչափ մետրիկական վակուումում, և, կարծես թե, նրանք բնական ձևով բացատրում են էլեկտրական մասնիկների որոշ հիմնական հատկություններ։
Մեզ համար կարևոր է նկատել, որ բոլոր այս կառույցներին և դրանք իրար կապող օրենքներին կարող ենք հանգել մաթեմատիկական պարզագույն հասկացությունների և նրանց միջև առնչությունների որոնման սկզբունքով։ Մաթեմատիկական տեսակետից հնարավոր սահմանափակ թվով պարզ տիպի դաշտերի և դրանք կապող պարզագույն հավասարումների մեջ է տեսության հույսը՝ ըմբռնել իրականությունն իր ողջ խորությամբ։
Միևնույն ժամանակ, այս կարգի դաշտի տեսության մեծ փորձաքարը նյութի և էներգիայի ատոմական կառուցվածքի գաղափարի մեջ է։ Տեսությունը ոչ– ատոմային է, քանի դեռ այն գործ է ունենում է բացառապես տարածության մեջ անընդհատ ֆունկցիաների հետ, մինչդեռ դասական մեխանիկայում հիմնական գաղափար է նյութական կետը, որը, որպես այդպիսին, տուրք է տալիս նյութի ատոմական կառուցվածքին։
Իր կառուցվածքով Դը Բրոյլի, Շրյոդինգերի և Դիրակի անունների հետ կապված ժամանակակից քվանտային տեսությունը, որը գործ ունի անընդհատ ֆունկցիաների հետ, Մաքս Բորնի պարզորոշ կերպով տված մի համարձակ մեկնաբանության շնորհիվ հաղթահարել է այս դժվարությունները։ Համաձայն դրա՝ հավասարումներում հայտնվող տարածական ֆունկցիաները չեն հավակնում լինել ատոմական կառուցվածքի մաթեմատիկական մոդելը։ Այդ ֆունկցիաները, ենթադրաբար, տալիս են միայն հավանականություն, որ եթե չափումներ կատարվեին, այդ կառույցները կգտնվեին տվյալ կետում կամ տվյալ վիճակում։ Այս մոտեցմանը չի կարելի հակաճառել տրամաբանական տեսակետից, և ի պատիվ իրեն՝ այն ունեցել է կարևոր հաջողություններ։ Դժբախտաբար, սակայն, այն ստիպում է օգտագործել մի կոնտինուում, որի չափողականությունը չի համընկնում մինչ այժմ տարածությանը վերագրվող չափողականության հետ (չորս), այլ անորոշ կերպով մեծանում է դիտարկվող համակարգը կազմող մասնիկների թվի աճի հետ միասին։ Չեմ կարող չխոստովանել, որ միայն անցումային կարևորություն եմ տալիս այդ մեկնաբանությանը։ Ես դեռ հավատում եմ իրական մոդելի հնարավորությանը, այսինքն այնպիսի տեսության, որն իրերը կներկայացներ որպես այդպիսիք, այլ ոչ թե պարզապես կտար նրանց հայտնվելու հավանականությունը։
Մյուս կողմից, ինձ թվում է, թե տեսական մոդելում պետք է հրաժարվենք մասնիկների լիակատար տեղայնացման գաղափարից։ Թվում է, թե սա է Հայզենբերգի անորոշությունների սկզբունքի մնայուն արդյունքը։ Սակայն ատոմի տեսությունը բառի իսկական իմաստով, այլ ոչ թե որպես պարզապես մեկնաբանություն, մաթեմատիկական մոդելի մեջ առանց մասնիկների տեղայնացման, շատ էլ տրամաբանական է։ Օրինակ, հաշվի առնելու համար էլեկտրականության ատոմական բնույթը, դաշտի հավասարումները պետք է հանգեցնեն միայն հետևյալ եզրակացությանը, եռաչափ այն տիրույթը, որի եզրին էլեկտրական լիցքի խտությունը ամենուրեք անհետանում է, միշտ պարունակում է ամբողջ թվով ներկայացվող էլեկտրական լիցք։ Կոնտինուումային տեսության մեջ ատոմի բնութագրերը բավարար կերպով կարող են տրվել ինտեգրալ օրենքներով, առանց ատոմական կառուցվածքը կազմող մասնիկների տեղայնացման։
Քանի դեռ ատոմի կառուցվածքը հաջողությամբ չի ներկայացվել այս կերպ, ես քվանտային հանելուկը չեմ համարի լուծված։
ՏԵՍԱԿԱՆ ՖԻԶԻԿԱՅԻ ՀԻՄՔԵՐԸ
Science-ից, Վաշինգտոն, 24 մայիսի 1940։
Գիտությունը փորձ է մեր զգայություն-փորձի քաոսային բազմազանությունը համապատասխանեցնելու մտքի տրամաբանորեն համասեռ համակարգի։ Այս համակարգում առանձին փորձերը պետք է առնչված լինեն տեսական կառույցների հետ այնպես, որ ստացված համապատասխանությունը լինի միարժեք և համոզիչ։
Զգայություն-փորձերը մեզ տրված մշակման նյութն են։ Սակայն տեսությունը, որ պետք է մեկնաբանի դրանք, կառուցում է մարդը։ Այն համապատասխանեցման ծայրահեղ աշխատատար պրոցեսի արդյունք է, մտացածին է, երբեք լիովին չի ավարտվում և միշտ մնում է կասկածի ենթակա։
Գաղափարներ ձևավորելու գիտական ուղին ոչ էականորեն է տարբերվում ամենօրյա կյանքում դրանք կառուցելու ուղուց, պարզապես՝ հասկացությունների և եզրահանգումների ավելի ճշգրիտ ձևակերպումներով, փորձարառական նյութի ավելի մանրազնին ու համակարգված ընտրությամբ և տրամաբանական գործողությունների ավելի շատ տնտեսմամբ։ Այս վերջինի տակ հասկանում ենք բոլոր հասկացությունների և առնչությունների՝ հնարավորինս ավելի քիչ թվով տրամաբանորեն անկախ հիմնարար հայեցակետերի և աքսիոմների բերմանն ուղղված ջանքերը։ Այն, ինչ կոչում ենք ֆիզիկա, ընդգրկում է բնական գիտությունների մի խումբ, որում ընդունված հայեցակարգերը հիմնվում են չափումների վրա և որի հասկացություններն ու գաղափարները տրվում են մաթեմատիկական ձևակերպման։ Նրա ոլորտը, համապատասխանաբար, որոշվում է մեր ամբողջական գումարային իմացության այն մասով, որը կարող է արտահայտվել մաթեմատիկական հասկացություններով։ Գիտության առաջընթացի հետ միասին ֆիզիկայի ոլորտն այնքան է ընդարձակվել, որ թվում է, թե կարող է սահմանափակվել հենց միայն մեթոդի հնարավորություններով։
Ֆիզիկական հետազոտությունների մեծ մասը նվիրված է ֆիզիկայի տարբեր ճյուղերի մշակմանը, որոնցից յուրաքանչյուրում առարկան տվյալ ավելի կամ պակաս սահմանափակ ասպարեզում փորձի տեսական ճանաչումն է և որոնցից յուրաքանչյուրում օրենքներն ու դրույթները մնում են փորձի հետ հնարավորին չափ կապված։ Գիտության այս բաժինն է, որ հեղափոխականացրել է գործնական կյանքը վերջին դարերի ընթացքում և հնարավորություն ընձեռել, որ մարդը վերջապես կարողանա ազատվել ֆիզիկական աշխատանքի բեռից։
Մյուս կողմից, հենց ամենասկզբից միշտ առկա է եղել այս առանձին գիտությունների միավորման տեսական հիմքը գտնելու ջանքը, որը կազմված կլիներ նվազագույն քանակով հասկացություններից և հիմնական առնչություններից և որից տրամաբանական գործողությունների միջոցով կարելի կլիներ դուրս բերել գիտության առանձին բաժիններում եղած առնչությունները։ Սա այն է, ինչը նկատի ունենք ամբողջ ֆիզիկայի հիմքի որոնման տակ։ Վստահ հավատը, որ այս վերջնական նպատակին կարելի է հասնել, այն կրքոտ նվիրվածության հիմնական աղբյուրն է, որն անընդհատ ավյուն է հաղորդել հետազոտողին։ Այս լույսի տակ են արված ֆիզիկայի հիմքերին նվիրված ստորև հետևող դիտարկումները։
Ասվածից պարզ է, որ հիմքն այստեղ չի նշանակում մի բան, որը բոլոր տեսանկյուններից նման է շինության հիմքին։ Տրամաբանական տեսակետից, իհարկե, ֆիզիկայի առանձին կոնկրետ օրենքները հենվում են այդ հիմքի վրա։ Սակայն չնայած շինությունը կարող է լուրջ վնասվել ուժեղ քամուց կամ գարնանային հեղեղներից, նրա հիմքերը մնում են տեղում, մինչդեռ գիտության մեջ տրամաբանական հիմքը միշտ առավել շատ է վտանգվում նոր փորձնական տվյալներից կամ նոր իմացությունից, քան նրա ճյուղային բաժինները, դրանց՝ փորձի հետ ավելի սերտորեն կապված լինելու շնորհիվ։ Առանձին բաժինների հետ կապված լինելու մեջ է հիմքի ամենամեծ արժեքը, սակայն միևնույն ժամանակ նրան սպառնացող ամենամեծ վտանգը՝ նոր գործոնների հայտնվելու դեպքում։ Երբ հասկանանք սա, կսկսենք զարմանալ, թե ինչու ֆիզիկա գիտության հեղափոխական շրջաններն էլ ավելի հաճախ և էլ ավելի լիակատար ձևով չեն փոխել նրա հիմքերը, քան իրականում դա տեղի է ունեցել։
Համասեռ տեսական հիմք գցելու առաջին փորձը եղել է Նյուտոնի աշխատանքը։ Նրա համակարգում ամեն ինչ հանգեցված էր հետևյալ դրույթներին. 1) անփոփոխ զանգվածով նյութական կետեր, 2) հեռավորության վրա նյութական կետերի փոխազդեցություն, 3) նյութական կետերի համար շարժման օրենք։ Խիստ ասած, չկար որևէ համընդգրկուն հիմք, քանի որ բացահայտ օրենքը ձևակերպված էր միայն հեռավորության վրա գործող գրավիտացիայի համար, մինչդեռ ձ թհօհ այլ բնույթի հեռազդեցությունների համար ոչինչ չէր հաստատված, բացի ազդեցության և հակազդեցւթյան հավասարությունից։ Ավելին, Նյուտոնն ինքը լիովին հասկանում էր, որ ժամանակն ու տարածությունը իր համակարգի համար, որպես ֆիզիկորեն արդյունավետ գործոններ, էական տարրեր են, չնայած միայն ըստ իրենց ենթադրյալ իմաստի։
Այս նյուտոնյան հիմքը դուրս եկավ չափազանց արդյունավետ և դիտվում էր ավարտուն մինչև տասիններորդ դարի վերջը։ Այն ոչ միայն արդյունքներ տվեց երկնային մարմինների շարժման համար ընդհուպ մինչև փոքրագույն մանրամասները, այլ նաև մեխանիկայի տեսություն տրամադրեց ընդհատ և անընդհատ զանգվածների համար, պարզ բացատրություն՝ էներգիայի պահպանման սկզբունքի և լիակատար ու հիասքանչ տեսություն՝ ջերմության համար։ Էլեկտրադինամիկական փաստերի բացատրությունը նյուտոնյան համակարգի սահմաններում ավելի շուտ ստիպողական էր, իսկ հենց սկզբից ամենաքիչ համոզիչը լույսի տեսությունն էր։
Զարմանալի չէ, որ Նյուտոնը չէր ուզում լսել լույսի ալիքային տեսության մասին, որովհետև այդպիսի տեսությունը խիստ անհարմար էր իր տեսության հիմքերի համար։ Այն ենթադրությունը, թե տարածությունը լեցուն է նյութական կետերից կազմված միջավայրով, որը լույսի ալիքներ տարածում է առանց ցուցաբերելու այլ մեխանիկական հատկություններ, նրան պետք է թվար բավականաչափ արհեստական։ Լույսի ալիքային բնույթի, տարածման հաստատուն արագության, ինտերֆերենցի, դիֆրակցիայի, բևեռացման վերաբերյալ փորձնական խիստ փաստարկները կ՝ամ հայտնի չէին, կ՝ամ որևէ համակարգման չէին բերված։ Հասկանալի է, թե նա ինչու էր կառչել լույսի իր՝ մասնիկային, տեսությանը։
Տասնիններորդ դարի ընթացքում վիճաբանությունը հանդարտվեց հօգուտ ալիքային տեսության։ Սակայն ֆիզիկայի մեխանիկական հիմքի վերաբերյալ լուրջ կասկած չծագեց առաջին հերթին այն բանի պատճառով, որ ոչ ոք չգիտեր՝ ինչպե՞ս կարելի է որևէ այլ կարգի հիմքեր գտնել։ Միայն դանդաղորեն, փաստերի անդիմադրելի ճնշման տակ, զարգացավ ֆիզիկայի նոր հիմքը՝ դաշտի ֆիզիկան։
Նյուտոնի ժամանակից սկսած հեռազդեցության տեսությունը անընդհատ դիտվում էր որպես արհեստական։ Ջանքերի պակաս չկար զրավիտացիան բացատրելու կինետիկ տեսությամբ, այն է՝ երևակայական նյութական կետերի բախման ուժերի հիման վրա։ Սակայն փորձերն արհեստական էին և արդյունք չտվեցին։ Մեխանիկական հիմքի սահմաններում տարածության խաղացած դերի (կամ իներցիալ համակարգերի) տարօրինակությունը պարզորոշ ընդունվում էր և առանձնապես հստակ կերպով քննադատվում էռնստ Մախի կողմից նույնպես։
Խոշոր փոփոխությունը ներմուծեցին Ֆարադեյը, Մաքսվելը և Հերցը՝ իրականում կիսագիտակցաբար և հակառակ իրենց ցանկության։ Երեքն էլ ողջ կյանքի ընթացքում իրենց համարել են մեխանիկական տեսության կողմնակիցներ։ Հերցը գտել էր էլեկտրամագնիսական դաշտի հավասարումների պարզագույն տեսքը և հայտարարել, որ այդ հավասարումներին հանգեցնող ցանկացած տեսություն մաԽվելյան տեսություն է։ Բայց իր կարճ կյանքի ավարտին նա մի հոդված գրեց, որտեղ որպես ֆիզիկայի հիմք ներկայացրեց մի մեխանիկական տեսություն, որում չկար ուժի գաղափարը։
Մեզ համար, ովքեր Ֆարադեյի գաղափարներն ընդունել են, այսպես ասենք, մոր կաթի հետ, դժվար է գնահատել դրանց մեծությունն ու հանդգնությունը։ Ֆարադեյը պետք է որ անսխալ բնազդով ըմբռնած լիներ էլեկտրամագնիսական երևույթները փոխազդող էլեկտրական մասնիկների միջև հեռազդեցությանը վերագրելու բոլոր փորձերի արհեստական բնույթը։ Ինչպե՝ս կարող էր թղթի կտորի վրա շաղ տրված երկաթի խարտուքի յուրաքանչյուր փշուրն իմանալ մոտակա հաղորդչի ներսում շարժվող էլեկտրական մասնիկների մասին։ Բոլոր այս էլեկտրական մասնիկները միասին, թվում է, շրջակա տարածության մեջ ստեղծում են մի վիճակ, որն իր հերթին որոշակի կարգ է հաստատում խարտվածքի փշուրների մեջ։ Տաածության այս վիճակները, որ դաշտ ենք անվանում, նրանց երկրաչափական կառուցվածքի և փոխկապված ազդեցությունների ճիշտ ըմբռնման դեպքում կարող էին, նրա համոզմամբ, տրամադրել էլեկտրամագնիսական փոխազդեցության բանալին։ Նա այդ դաշտերն ընկալում էր որպես տարածությունը լցնող միջավայրի մեխանիկական լարվածության վիճակ՝ նման առաձիգ մարմնի ներսում առաջացած լարվածության։ Քանի որ այդ ժամանակ սա, ըստ ամենայնի, տարածության մեջ անընդհատ բաշխված վիճակների միակ ընկալելի եղանակն էր։ Այս դաշտերի մեխանիկական մեկնաբանության առանձնահատուկ բնույթը մնաց ուշադրությունից դուրս, – գիտական խղճի մի տեսակ հանգստացում Ֆարադեյի օրերում մեխանիկական ավանդույթների լույսի տակ։ Դաշտի՝ այս նոր հասկացության օգնությամբ Ֆարադեյին հաջողվեց կազմել իր և իր նախորդների հայտնաբերած էլեկտրամագնիսական երևույթների մի ամբողջ համալիրի որակական հայեցակարգը։ Այս դաշտերի տարածա-ժամանակային օրենքների ճշգրիտ ձևակերպումը Մաքսվելի աշխատանքն է։ Պատկերացրեք նրա զգացումները, երբ իր ձևակերպած դիֆերենցիալ հավասարումներն ապացուցեցին, որ էլեկտրամագնիսական դաշտերը տարածվում են բևեռացված ալիքների տեսքով և լույսի արագությամբ։ Քիչ թվով մարդկանց է աշխարհում այսպիսի զգացում ընծայվել։ Այդ հուզիչ պահին նա հաստատ չէր պատկերացնի, որ լույսի առեղծվածային բնույթը, որ թվում էր լիովին լուծված, կշարունակեր ապշեցնել եկող սերունդներին։ Մինչդեռ ֆիզիկոսներից մի քանի տասնամյակ պահանջվեց ըմբռնելու համար Մաքսվելի հայտնագործության ամբողջ նշանակությունը, այնքան համարձակ էր այն ցատկը, որ նրա հանճարը պահանջում էր իր գործընկերներից կատարել իրենց հայեցակարգի մեջ։ Միայն Մաքսվելի էլեկտրամագնիսական ալիքների գոյության Հերցի փորձնական ապացուցումից հետո դիմադրությունը նոր տեսության հանդեպ կոտրվեց։
Սակայն եթե էլեկտրամագնիսական դաշտը կարող էր գոյություն ունենալ անկախ իր նյութական աղբյուրից, ապա էլեկտրաստատիկ փոխազդեցությունն այլևս չէր կարող բացատրվել որպես հեռազդեցություն։ Բայց եթե դա ճիշտ էր էլեկտրական դաշտի համար, չէր կարող հերքվել և գրավիտացիայի համար։ Ամենուրեք Նյուտոնի հեռազդեցությունը տեղի էր տալիս վերջավոր արագությամբ տարածվող դաշտերին։ Նյուտոնյան հիմքից մնացին միայն շարժման օրենքին ենթարկվող նյութական կետերը։ Բայց Ջ. Ջ. Թոմսոնը նկատեց, որ շարժման մեջ գտնվող լիցքավորված մարմինը, համաձայն Մաքսվելի տեսության, օժտված է մագնիսական դաշտով, որի էներգիան մարմնի վրա թողնում է ճիշտ նույն ազդեցությունը, ինչ կինետիկ էներգիայի աճը։ Եթե, այնուհետև, կինետիկ էներգիայի մի մասը ներկայացնում է դաշտի էներգիա, դա չի՛ կարող ճիշտ լինել նաև ամբողջ կինետիկ էներգիայի համար։ Միգուցե նյութի հիմնական հատկությունը՝ նրա իներցիան, կարելի է բացատրել դաշտի տեսության շրջանակներում։ Այս հարցը հանգեցնում էր դաշտի տեսության շրջանակներում մատերիայի մեկնաբանման խնդրին, որի լուծումը կտար նյութի ատոմական կառուցվածքի բացատրությունը։ Շուտով պարզ դարձավ, որ Մաքսվելի տեսությունը չի կարող իրագործել այսպիսի ծրագիր։ Այդ ժամանակից սկսած շատ գիտնականներ եռանդուն ձգտել են դաշտի տեսությունը լրացնել այնպիսի ընդհանրացմամբ, որը կընդգրկեր մատերիայի տեսությունը, բայց մինչ այժմ այդ ջանքերը չեն պսակվել հաջողությամբ։ Տեսություն կառուցելու համար բավարար չէ ունենալ նպատակի մասին պարզ պատկերացում։ Պետք է ունենալ նաև ճիշտ տեսանկյուն, որը բավականաչափ կսահմանափակեր հնարավորությունների անսահմանափակ բազմազանությունը։ Մինչ այժմ դա գտնված չէ, համապատասխանաբար դաշտի տեսությանը չի հաջողվել հիմք տրամադրել ամբողջ ֆիզիկայի համար։
Մի քանի տասնամյակ շարունակ ֆիզիկոսների մեծ մասը կառչել էր այն համոզմունքից, որ Մաքսվելի տեսության համար կարելի է գտնել մեխանիկական ենթակաոուցվածք։ Բայց նրանց ջանքերի անբավարար արդյունքները աստիճանաբար բերեցին դաշտի նոր հայեցակարգի ընդունման իբրև այլևս չպարզեցվող հիմքի, այլ խոսքերով ասած՝ ֆիզիկոսները հանձնվեցին, հրաժարվելով մեխանիկական հիմքի գաղափարից։
Այսպիսով, ֆիզիկոսները հարեցին դաշտի տեսության ծրագրին։ Բայց դա չէր կարող կոչվել հիմք, քանի որ ոչ ոք չէր կարող ասել՝ արդյո՞ք դաշտի որևէ հետևողական տեսություն երբևէ կկարողանար բացատրել մի կողմից՝ գրավիտացիան, մյուս կողմից՝ նյութի տարրական բաղադրիչները։ Իրերի այս վիճակում անհրաժեշտ էր համարել, որ նյութի մասնիկները ներկայացնում են Նյուտոնի շարժման օրենքներին ենթարկվող նյութական կետեր։ Սա հենց Լորենցի արածն էր էլեկտրոնի և շարժվող մարմինների հետ կապված էլեկտրամագնիսական երևույթների իր տեսությունը ստեղծելիս։
Այս էր այն հանգրվանը, որին հասել էր հիմնարար հայեցակարգը դարասկզբին։ Հսկայական առաջընթաց էր արվել նոր երևույթների մի ամբողջ խմբի տեսական խոր ըմբռնման և հասկացման մեջ, սակայն ֆիզիկայի միացյալ հիմքի հաստատումն իրականում թվում էր շատ հեռու։ Եվ այս իրավիճակը վատթարացել է հետագա զարգացումներով։ Ներկա դարաշրջանի ընթացքում զարգացումը բնութագրվել է երկու, իրարից էապես անկախ տեսական համակարգերով՝ հարաբերականության տեսությամբ և քվանտային տեսությամբ։ Այդ երկու համակարգերն իրար ուղղակիորեն չեն հակասում, սակայն, կարծես թե, քիչ ընդհանուր բան ունեն միացյալ մեկ տեսության մեջ ձուլվելու համար։ Պետք է համառոտ քննարկենք այս երկու համակարգերի հիմնական գաղափարները։
Հարաբերականության տեսությունը ծագեց այն ջանքերի արդյունքում, որոնք ուղղված էին ֆիզիկայի հիմքերը, ինչպես դրանք կային դարասկզբին, տրամաբանության տնտեսման նպատակով բարելավելուն։ Հարաբերականության այսպես կոչված հատուկ կամ սահմանափակ տեսությունը հիմնված է այն փաստի վրա, որ Մաքսվելի հավասարումները (և այսպիսով դատարկ տարածության մեջ լույսի տարածման օրենքը) վերածվում են նույն տեսքի հավասարումների, երբ ենթարկվում են Լորենցի ձևափոխությանը։ Մաքսվելի հավասարումների այս ձևական հատկությունը ամբողջանում է մեր բավականաչափ հաստատուն փորձնական իմացությամբ, որ ֆիզիկայի օրենքները նույնն են բոլոր իներցիալ համակարգերում։ Սրանից հետևում է այն եզրահանգումը, որ Լորենցի ձևափոխությունը՝ կիրառված տարածական և ժամանակային կոորդինատների նկատմամբ, պետք է պայմանավորի անցումը մի իներցիալ համակարգից ցանկացած այլի։ Սրան համապատասխան, հարաբերականության սահմանափակ տեսության բովանդակությունը կարելի է հանգեցնել մեկ նախադասության՝ բնության բոլոր օրենքները պետք է բավարարեն Լորենցի ձևափոխությունների նկատմամբ կովարիանտ լինելու պայմանին։ Այստեղից հետևում է, որ երկու հեռու պատահարների միաժամանակությունը ինվարիանտ հասկացություն չէ և որ պինդ մարմինների չափերն ու ժամացույցի արագությունը կախված են նրանց շարժման վիճակից։ Մեկ այլ հետևություն է Նյուտոնի շարժման օրենքի ձևափոխումը այն դեպքերին համապատասխանեցման նպատակով, երբ տրված մարմնի արագությունը փոքր չէ լույսի արագությունից։ Այստեղից հետևեց նաև զանգվածի և էներգիայի համարժեքությունը, երբ զանգվածի և էներգիայի պահպանման օրենքները դառնում են նույնը։ Այն բանից հետո, երբ ցույց տրվեց, որ միաժամանակությունը հարաբերական է և կախված է հաշվարկման համակարգից, ֆիզիկայի հիմքում հեռազդեցության մնալու հնարավորությունը անհետացավ, քանի որ այդ գաղափարը ենթադրում էր միաժամանակության բացարձակ լինելու հատկությունը (պետք է հնարավոր լինի նշել երկու փոխազդող նյութական կետերի տեղը, միևնույն պահին)։
Հարաբերականության ընդհանուր տեսությունը իր գոյության համար պարտական է այն փաստի բացատրության ջանքին, որը հայտնի էր Գալիլեոյի և Նյուտոնի ժամանակից, սակայն մինչ այժմ մնացել է առանց տեսական բացատրության, մարմնի իներցիան և կշիռը, լինելով բացարձակապես ինքնուրույն բաներ, չափվում են միևնույն հաստատունով՝ զանգվածով։ Այս համապատասխանությունից հետևում է, որ անհնար է փորձով պարզել՝ կոորդինատների տրված համակարգը արագացվու՞մ է, թե՝ շարժվում է ուղղագիծ և հավասարաչափ, սակայն դիտվող երևույթները գրավիտացիոն դաշտի հետևանք են (սա համարժեքության սկզբունքն է հարաբերականության ընդհանուր տեսության մեջ)։ Այն ջարդում է իներցիալ համակարգի գաղափարը, քանի որ գրավիտացիան է խառնվում խաղի մեջ։ Պետք է այստեղ նշել, որ իներցիալ համակարգը գալիլեա-նյուտոնյան մեխանիկայի թույլ կետն է։ Դրա պատճառն այստեղ նախապես ենթադրվող ֆիզիկական տարածության այն խորհրդավոր հատկությունն է, ըստ որի գոյություն ունի կոորդինատների մի տեսակ համակարգ, որի համար իներցիայի և նյուտոնյան շարժման օրենքը գործում է։
Այս դժվարությունները կարելի է շրջանցել հետևյալ կանխադրույթի օգնությամբ՝ բնության օրենքները կարելի է ձևակերպել այնպես, որ նրանց տեսքը նույնը լինի կոորդինատների համակարգերում շարժման ցանկացած վիճակների համար։ Սրա իրականացումը ընդհանուր հարաբերականության տեսության նպատակն է։ Մյուս կողմից, այսպես սահմանափակված տեսությունից ստանում ենք ժամանակա-տարածական կոնտինուումի մեջ ռիմանյան մետրիկայի գոյությունը, որը, համաձայն համարժեքության սկզբունքի, բացատրում է և՛ գրավիտացիոն դաշտը, և՛ տարածության մետրիկական հատկությունները։ Ենթադրելով, որ գրավիտացիոն դաշտի հավասարումները երկրորդ կարգի դիֆերենցիալ հավասարումներ են, պարզ կերպով ստացվում է դաշտի օրենքը։
Բացի այս արդյունքից, տեսությունն ազատում է դաշտի ֆիզիկան նաև այն անկարողությունից, որ նա նյուտոնյան մեխանիկայի նմանությամբ ձեռք է բերում տարածությանը անկախ ֆիզիկական հատկություններ վերագրելուց, որը մինչ այդ թաքցվել էր իներցիալ համակարգերի ներմուծմամբ։ Սակայն չի կարելի համարել, թե հարաբերականության ընդհանուր տեսության այն բաժինները, որոնք այսօր կարելի է ավարտուն համարել, ֆիզիկան ապահովում են մի ամբողջական և բավարար հիմքով։ Առաջին հերթին, ամբողջ դաշտն այնտեղ, կարծես թե, կազմված է երկու տրամաբանորեն իրար հետ չկապված մասերից՝ գրավիտացիոնից և էլեկտրամագնիսականից։ Եվ երկրորդ, այս տեսությունը, ինչպես և նախորդ դաշտի տեսությունները, մինչ այժմ չի տվել նյութի ատոմական կառուցվածքի բացատրությունը։ Այս անհաջողությունը, հավանաբար, ինչ-որ չափով կապված է նրա հետ, որ այն ոչնչով չի նպաստել քվանտային երևույթների հասկացմանը։ Ըմբռնելու համար այս երևույթները, ֆիզիկոսները ստիպված են եղել ընդունելու լիովին նոր մեթոդներ, որոնց հիմնական գծերը հիմա կքննարկենք։
Հազար ինը հարյուր թվականին, զուտ տեսական հետազոտությունների արդյունքում, Մաքս Պլանկը մի նշանավոր հայտնագործություն արեց, մարմինների ճառագայթման օրենքը՝ որպես ֆունկցիա ջերմաստիճանից, չի կարող ստացվել մաքսվելյան էլեկտրադինամիկայի օրենքներից։ Համապատասխան, փորձերին չհակասող արդյունքների հանգելու համար տվյալ հաճախության ճառագայթումը պետք է համարվի էներգիայի ատոմներից կազմված, որոնցից յուրաքանչյուրն ունի հ՝ էներգիա, որտեղ հ-ը Պլանկի ունիվերսալ հաստատունն է։ Հաջորդ տարիների ընթացքում ցույց տրվեց, որ լույսը միշտ առաքվում և կլանվում է այսպիսի լուսային քվանտներով։ Մասնավորապես, Նիլս Բորը հիմնականում կարողացավ հասկանալ ատոմի կառուցվածքը, ենթադրելով որ ատոմը կարող է ունենալ էներգիայի միայն ընդհատ արժեքներ և որ թռիչքաձև անցումները նրանց միջև պայմանավորված են էներգիայի քվանտների ճառագայթմամբ և կլանմամբ։ Սա որոշ լույս սփռեց այն իրողության վրա, որ գազային վիճակում տարրերն ու նրանց միացությունները ճառագայթում և կլանում են միայն խիստ որոշակի հաճախությունների լույս։ Այս ամենը լրիվ անբացատրելի էր մինչ այդ հայտնի տեսությունների շրջանակներում։ Պարզ է, որ առնվազն ատոմական երևույթների ասպարեզում տեղի ունեցող ամեն ինչը որոշվում է ընդհատ վիճակներով և նրանց միջև, ըստ երևույթին, տեղի ունեցող թռիչքաձև անցումներով։ Պլանկի հ հաստատունը խաղում է վճռական դեր։
Հաջորդ քայլը կատարեց դը Բրոյլը։ Նա իրեն հարց տվեց, թե ընդհատ վիճակները ինչպես կարող են հասկացվել եղած պատկերացումների շրջանակներում, և զլխի ընկավ ստացիոնար ալիքների հետ գոյություն ունեցող նմանության մասին, ինչպես օրինակ, ակուստիկայում երգեհոնի խողովակների կամ լարի սեփական հաճախությունների դեպքում։ ճիշտ է, այստեղ պահանջվող ալիքի վարքի առանձնահատկությունները դեռևս անհայտ էին, սակայն դրանք կարող էին գտնվել, իսկ նրանց մաթեմատիկական օրենքները՝ ձևակերպվել Պլանկի հ հաստատունի օգնությամբ։ Դը Բրոյլը ներկայացրեց միջուկի շուրջը պտտվող էլեկտրոնը որպես ալիքային մի այսպիսի փաթեթ և որոշ չափով հասկանալի դարձրեց Բորի՝ թույլատրելի հետագծերը համապատասխան ալիքների ստացիոնար բնույթ ունենալու պահանջով։ Ներկայումս մեխանիկայում նյութական կետերի շարժումը որոշվում է նրանց վրա ազդող ուժերի կամ դաշտերի միջոցով։ Այստեղից կարելի էր սպասել, որ այդ ուժային դաշտերը կազդեին դը Բրոյլի ալիքների վրա համանման ձևով։ Էրվին Շրյոդինգերը ցույց տվեց, թե այդ ազդեցությունն ինչպես կարելի է հաշվի առնել՝ հանճարեղ կերպով վերամեկնաբանելով դասական մեխանիկայի որոշ ձևակերպումներ։ Նրան նույնիսկ հաջողվեց ընդհանրացնել ալիքի մեխանիկական տեսությունը մինչև այն կետը, որ առանց որևէ այլ լրացուցիչ վարկածի այն դարձավ կիրառելի ցանկացած թվով նյութական կետերից կազմված, այլ կերպ ասած, ազատության կամայական աստիճան ունեցող մեխանիկական համակարգի համար։ Սա հնարավոր է, որովհետև նյութական կետերից կազմված մեխանիկական համակարգը մաթեմատիկորեն մեծ չափով համարժեք է մեկ առանձին նյութական կետի, որը շարժվում է 3ո-չափանի տարածության մեջ։
Այս տեսության հիման վրա փաստերի մի հսկայական բազմազանություն, որն այլապես թվում էր անըմբռնելի, զարմանալիորեն լավ մեկնաբանություն ստացավ։ Սակայն մի կետում, բավական անսպասելիորեն, այն անհաջողության մատնվեց, անհնար եղավ շրյոդինգերյան այս ալիքների հետ կապել նյութական կետերի կոնկրետ շարժումը, իսկ դա հենց, ի վերջո, ամբողջ կառույցի սկզբնական նպատակն էր։ Դժվարությունը թվում էր անհաղթահարելի, մինչև որ հաղթահարվեց Բոռնի կողմից որքան պարզ, այնքան էլ անսպասելի եղանակով։ Դը բրոյլ-շրյոդինգերյան ալիքային դաշտերը չպետք է մեկնաբանվեն որպես մաթեմատիկական նկարագրություն այն բանի, թե երևույթն ինչպես է իրականում ընթանում ժամանակի և տարածության մեջ, չնայած նրանք, իհարկե, վերաբերում են տվյալ երևույթին։ Ավելի շուտ, նրանք մաթեմատիկական նկարագրությունն են այն բանի, թե ինչ կարող ենք իմանալ համակարգի մասին։ Նրանք հանդես են գալիս միայն որպես վիճակագրական պնդումներ և չափումների արդյունքների մասին կանխատեսումներ, որոնք կարող ենք իրականացնել համակարգի նկատմամբ։
Թույլ տվեք լուսաբանել քվանտային մեխանիկայի այս ընդհանուր առանձահատկությունը մի պարզ օրինակով, դիտարկենք տարածության G սահմանափակ տիրույթում վերջավոր մեծության ուժերի կողմից պահվող մի նյութական կետ։ Եթե նյութական կետի կինետիկ էներգիան փոքր է որոշակի սահմանային արժեքից, ապա նյութական կետը, համաձայն դասական մեխանիկայի, երբևէ չի կարող հեռանալ G տիրույթից։ Սակայն, համաձայն քվանտային մեխանիկայի, որոշակի ժամանակ անց, որը հնարավոր չէ անմիջականորեն կանխատեսել, այն կարող է թողնել G տիրույթը և անկանխատասելի ուղղությամբ հեռանալ շրջակա տարածության մեջ։ Այս դեպքը, համաձայն Գամովի, ռադիոակտիվ տրոհման պարզեցված մոդելն է։
Տեսական քվանտային մոտեցումն այս դեպքում հետևյալն է. ժամանակի t0 պահին շրյոդինգերյան ալիքային համակարգը ամբողջովին G տիրույթում է։ Սակայն t0 պահից հետո ալիքները բոլոր ուղղություններով հեռանում են G տիրույթից այնպես, որ գնացող ալիքի ամպլիտուդը փոքր է լինում G-ի ներսում ալիքային համակարգի սկզբնական ամպլիտուդից։ Որքան ավելի շատ են ալիքները դեպի դուրս տարածվում, այնքան ավելի է 0 տիրույթի ներսում ալիքների ամպլիտուդը և, համապատասխանաբար, G-ից հետագայում դուրս եկող ալիքների ինտենսիվությունը փոքրանում։ Միայն անվերջ ժամանակ անցնելուց հետո է G-ի ներսում ալիքի պաշարը սպառվում, մինչդեռ դրսում ալիքը տարածվում է գնալով մեծացող ծավալում։
Բայց ի՞նչ ընդհանուր բան ունի այս ալիքային պրոցեսը մեր հետաքրքրության առարկայի՝ G-ի ներսում սկզբում պարփակված մասնիկի հետ։ Այս հարցին պատասխանելու համար պետք է պատկերացնենք, որ կատարում ենք որոշ գործողություններ, որոնք թույլ կտան չափումներ իրագործելու այդ մասնիկի նկատմամբ։ Օրինակ պատկերացնենք, թե շրջակա տարածության մեջ ինչ-որ տեղ դրված է մի էկրան, որին մասնիկը հպվելուն պես կպչում է։ Այնուհետև, որևէ կետում էկրանին հարվածող ալիքների ինտենսիվության հիման վրա եզրակացություն ենք անում այդ րդահին մասնիկի՝ էկրանին այդ կետում հարվածելու հավանականության վերաբերյալ։ Հենց մասնիկը հարվածում է էկրանին որևէ կետում, ամբողջ ալիքային դաշտը կորցնում է իր ֆիզիկական իմաստը։ Նրա միակ նպատակն էր կանխատեսումներ անել այն բանի հավանականության վերաբերյալ, թե որտեղ և որ րդահին մասնիկը կհար վածի էկրանին (կամ, օրինակ, նրա իմպուլսի վերաբերյալ էկրանին հարվածելու պահին)։
Մյուս բոլոր դեպքերը համանման են։ Տեսության նպատակն է որոշել որևէ համակարգի նկատմամբ չափումների արդյունքների հավանականությունը ժամանակի տվյալ պահին։ Մյուս կողմից, այն չի փորձում մաթեմատիկորեն նկարագրել այն, ինչ իրականում տեղի է ունենում տարածության և ժամանակի մեջ։ Այս կետում քվանտային տեսությունն այսօր հիմնովին տարբերվում է ֆիզիկայի բոլոր նախորդ տեսություններից՝ և՛ մեխանիկայից, և՛ դաշտի տեսություններից։ Իրական տարածա-ժամանակային երևույթների մոդելային նկարագրության փոխարեն այն տալիս է հնարավոր չափումների հավանականությունների բաշխումները որպես ֆունկցիա ժամանակից։
Պետք է ընդունել, որ նոր տեսական հայեցակարգն իր ծագումով պարտական է երևակայության թռիչքին, բայց ոչ փորձնական փաստերի ճնշող ուժին։ Լուսային և մասնիկային երևույթներում դրսևորվող մասնիկային և ալիքային առանձնահատկությունները անմիջականորեն տարածա-ժամանակային պատկերացումների հիման վրա ներկայացնելու բոլոր ջանքերը մինչ այժմ մատնվել են անհաջողության։ Իսկ Հայզենբերգը փորձարարական տեսանկյունից համոզիչ կերպով ցույց է տվել, որ բնության կառուցվածքի մասին խիստ դետերմինացված վճիռ կայացնելը հաստատապես բացառվում է մեր փորձարարական սարքավորումների ատոմական կառուցվածքի պատճառով։ Այսպիսով, հավանաբար բացառվում է, որ ապագա որևէ իմացություն կարող է ստիպել ֆիզիկոսներին կրկին հրաժարվել ներկայումս մեր ունեցած վիճակագրական տեսական հիմքից՝ հօգուտ որևէ դետերմինիստականի, որն ուղղակիորեն կվերաբերեր ֆիզիկական իրողությանը։ Տրամաբանորեն խնդիրը կարծես թե ենթադրում է երկու հնարավորության գոյություն, որոնց միջև պետք է կատարել սկզբունքային ընտրություն։ Ի վերջո ընտրությունը պետք է կատարվի՝ կախված այն բանից, թե նկարագրության որ տեսակը տրամաբանության իմաստով կհանգեցնի պարզագույն հիմքի ձևակերպմանը։ Ներկայումս չունենք անմիջականորեն հենց երևույթները նկարագրող և փաստերն համահունչ դետերմինիստական մի տեսություն։
Ժամանակավորապես պետք է ընդունենք, որ չունենք ֆիզիկայի որևէ տեսական հիմք, որը կարող է դիտարկվել որպես նրա տրամաբանական հիմնավորում։ Դաշտի տեսությունը մինչ այժմ անհաջողության է մատնվել մոլեկուլների ոլորտում։ Բոլորն ընդունում են, որ միակ սկզբունքը, որը կարող էր հիմք ծառայել քվանտային տեսության համար, կլինի այնպիսին, որը անցում կլինի դաշտի տեսությունից դեպի քվանտային վիճակագրության սխեմայի։ Արդյո՞ք սա կարող է տեղի ունենալ բավարար ձևով՝ ոչ ոք չի կարող ասել։
Որոշ ֆիզիկոսներ, նրանց թվում և ես, չեն հավատում, որ իսկապես անհրաժեշտ է մեկընդմիշտ հրաժարվել ֆիզիկական իրականությունը անմիջականորեն տարածության և ժամանակի մեջ նկարագրելուց, այլապես պետք է ընդունենք, որ բնության երևույթները հիշեցնում են պատահականության խաղ։ Ամեն ոք ազատ է ընտրելու իր աշխատանքների ուղղությունը ու նաև ամեն ոք կարող է իր հանգիստը գտնել Լեսսինգի ասույթի մեջ, որ ճշմարտության որոնումն ավելի թանկ է, քան այն ունենալը։
ԳԻՏՈՒԹՅԱՆ ՀԱՄԸՆԴՀԱՆՈՒՐ ԼԵԶՈՒՆ
Գիտական Համաժողովի համար կատարված հեռարձակման գրանցում, Լոնդոն, 28 սեպտեմբերի 1941։ Հրապարակվել է Advancement of Science-ում, Լոնդոն, Հատոր 2, Թիվ 5։
Դեպի լեզուն տանող առաջին քայլը ձայնային կամ այլ տիպի հաղորդակցության նշանները զգայություն–պատկերի հետ կապելն էր։ Ամենայն հավանականությամբ սոցիալական կենդանիները, առնվազն որոշակի մակարդակի վրա, հասել են հաղորդակցման այս պարզունակ տեսակին։ Զարգացման ավելի բարձր մակարդակ է, երբ նոր այնպիսի նշաններ են ներմուծվում և մեկնաբանվում, որոնք կապ են հաստատում զգայություն-պատկեր նշանակող մյուս նշանների միջև։ Այս մակարդակի վրա արդեն հնարավոր է հաղորդել պատկերների ինչ-որ չափով ավելի բարդ շարաններ, արդեն կարող ենք ասել՝ առաջ է եկել լեզու։ Եթե լեզուն ինչ-որ չափով պիտի տանի դեպի ըմբռնում, պետք է մի կողմից գոյություն ունենան նշանների փոխհարաբերություններին վերաբերող կանոններ, մյուս կողմից, նշանների և պատկերների միջև պետք է գոյություն ունենա կայուն համապատասխանություն։ Միևնույն լեզվով կապված անհատները մանուկ հասակում այս կանոններին և փոխհարաբերություններին հասու են հիմնականում ինտուիցիայով։ Իսկ երբ մարդը գիտակցում է նշանների միջև եղած փոխհարաբերությունները, ստեղծվում է լեզվի, այսպես կոչված, քերականությունը։
Վաղ շրջանում բառերը անմիջականորեն կարող էին համապատասխանել պատկերների։ Ավելի ուշ շրջանում այս անմիջական համապատասխանությունը կորավ այնքանով, որ որոշ բառեր զգայության հետ առնչություն էին ձեռք բերում միայն այլ բառերի հետ օգտագործվելիս (օրինակ, «է», «կամ», «բան»)։ Քանի որ բառերի խմբերը, և ոչ թե առանձին բառերն են վերաբերում զգայությանը։ Երբ լեզուն այս ձևով պատկերների ֆոնից դառնում է մասամբ անկախ, ավելի մեծ ներքին ներդաշնակություն է ձեռք բերում։
Միայն այս հետագա զարգացման ժամանակ, երբ այսպես կոչված վերացական գաղափարներն ավելի հաճախ են օգտագործվում, լեզուն բառիս իսկական իմաստով վերածվում է տրամաբանության միջոցի։ Սակայն նաև հենց այս զարգացումն է լեզուն դարձնում սխալի և խաբկանքի աղբյուր։ Ամեն ինչ կախված է նրանից, թե ինչ չափով են բառերն ու բառերի համադրությունները համապատասխանում զգայության աշխարհին։
Այդ ի՞նչն է լեզուն և մտածողությունը տանում այսքան սերտ փոխհարաբերության։ Չկա՞ արդյոք մտածողություն առանց լեզվի օգտագործման՝ գաղափարների և գաղափարների համադրությունների միջոցով, որի համար անհրաժեշտորեն պետք չէ բառեր հիշատակել։ Մեզանից յուրաքանչյուրը չի՞ ջանացել բառեր փնտրել, երբ իրերի միջև կապն արդեն պարզ է եղել։
Կարող էինք հակված լինել մտածողության գործողությունը լիովին անկախ համարելու լեզվից, եթե անհատն իր գաղափարները կազմեր կամ ի վիճակի լիներ կազմելու առանց իր միջավայրի կողմից բառերի միջոցով ուղղորդվելու։ Սակայն նման պայմաններում մեծացած անհատի մտավոր ունակություններն, ամենայն հավանականությամբ, շատ խղճուկ կլինեին։ Այսպիսով, կարող ենք եզրակացնել, որ անհատի մտավոր զարգացումը և նրա՝ գաղափարներ զարգացնելու ունակությունը մեծապես կախված են լեզվից։ Այստեղից կարողանում ենք հասկանալ, թե ինչ չափով է նույն լեզուն նշանակում նույն մտածելակերպ։ Այս իմաստով, մտածողությունը և լեզուն կապված են իրար։
Ի՞նչն է գիտության լեզուն տարբերում այն լեզվից, որ սովորաբար հասկանում ենք այդ բառով։ Ինչի՞ց է, որ գիտության լեզուն միջազգային է։ Ինչին գիտությունը ձգտում է, գաղափարների առավելագույն ճշգրտությունն ու պարզությունն է նրանց փոխհարաբերության և զգայական տվյալներին համապատասխելու տեսակետից։ Որպես լուսաբանում վերցնենք էվկլիդյան երկրաչափության և հանրահաշվի լեզուն։ Նրանք գործ ունեն փոքր թվով իրարից անկախ ներմուծված հասկացությունների և դրանց համապատասխանող նշանների հետ, ինչպիսիք են ամբողջ թիվը, ուղիղը, կետը, ինչպես նաև այն հիմնական գործողությունների նշանների հետ, որոնք վերաբերում են այդ հիմնական հասկացությունների առնչություններին։ Սա է կառույցի և համապատասխանաբար մյուս բոլոր պնդումների և հասկացությունների սահմանումների հիմքը։ Հասկացությունների և պնդումների միջև կապը՝ մի կողմից, և զգայական տվյալների ամբողջությունը՝ մյուս կողմից, հաստատվում են հաշվարկներով և չափումներով, որոնց իրականացումը բավականաչափ լավ մշակված է։
Գիտական գաղափարների և գիտության լեզվի գերբնական բնույթը եկել է այն բանից, որ դրանք ստեղծվել են բոլոր երկրների և բոլոր ժամանակների լավագույն մտածողների կողմից։ Միայնակ և միաժամանակ, վերջնական արդյունքի իմաստով, միասնական ջանքերի գնով նրանք ստեղծել են այն տեխնիկական հեղափոխության հոգևոր միջոցները, որոնք վերջին դարերի ընթացքում ձևափոխել են մարդկության կյանքը։ Գաղափարների նրանց համակարգը ուղեցույց է հանդիսացել զգայությունների շփոթեցնող քաոսում, և դրանով կարողացել ենք մասնավոր դիտումների հիման վրա ըմբռնել համընդհանուր ճշմարտությունները։
Ի՞նչ հույսեր և վտանգներ է գիտական մեթոդը պարունակում մարդկության համար։ Չեմ կարծում, թե սա հարցը ձևակերպելու ճիշտ ձև է։ Ինչ էլ այս միջոցը մարդու ձեռքին ստեղծի, ամբողջությամբ պայմանավորված կլինի մարդկության փայփայող նպատակներով։ Քանի դեռ այդ նպատակները կան, գիտական մեթոդը ուղիներ կհարթի դրանց իրականացման համար։ Սակայն նա չի կարող ինքը նպատակներ տրամադրել։ Գիտական մեթոդը ինքնուրույն կերպով ոչ մի տեղ չեր տանի, եթե չլիներ կատարյալ ճանաչման կրքոտ ձգտումը։
Միջոցների կատարելագործումն ու նպատակների խառնաշփոթը, ըստ իս, կարծես թե բնութագրական են մեր դարաշրջանի համար։ Եթե անկեղծորեն և կրքոտ ձևով ցանկանում ենք ապահովություն, բարեկեցություն և տաղանդի անկաշկանդ զարգացում բոլոր մարդկանց համար, ապա չպետք է միջոցներ խնայենք այդ վիճակին հասնելու համար։ Եթե նույնիսկ մարդկության փոքր մասն էլ ձգտելիս լինի այս նպատակներին, երկարատև ժամանակաշրջանում դրանց առավելությունը ինքնին կապացուցվի։
1 Հիպոթեզեր առաջ չեմ քաշում (լատ.)
Անգլերենից թարգմանեց Սոս Հարությունյան
Albert Einstein “Ideas and Opinions”