З.І. Подходы к теории измерений

Многие авторы описывают измерение как некрторое взаимодействие между объектом н наблюдателем или даже как их синтез. Но в то время к^к одни авторы под «наблюдателем» имеют в виду познающего субъекта с полным набором его психических способностей, другие понимают под наблюдателем классически описываемые приборы, а третьи предпочитают вообще ничего не говорить на этот счет, сохраняя таким образом неопределенность.

В литературе можно на йти следующие основные подходы к квантовомеханической теории измерений.

(1) Наивный реализм: (а) исходные измерения имеют непосредственный смысл, то есть не нуждаются в теориях; (в) производные, или косвенные измерения, могут быть обоснованы с помощью имеющихся в распоряжении физических теорий и математической статистики; (с) заключение: нет необходимости в специальных теориях измерения. Критические замечания смотри в следующем разделе. (2) Критический реализм: (а) не существует никаких непосредственных точных измерений вообще, и в частности в микрофизике; (в) любая детальная теория измерения физической величины (например, измерение времени) или приготовление физической системы (например, протонного пучка с данным распределением по скоростям) требуют как ряда общих теорий, так и определенной модели экспериментального оборудования (например, теория циклотрона построена на основе классической электродинамики, или, если угодно, она является частью релятивистской технологии); (с) поскольку измерения всегда конкретны и специфичны и включают макрофнзические системы, то подлинные теории измерений (в отличие от надуманных, которые можно най г» в некоторых книгах по квантовой механике) должны иметь по существу частный характер к не включать фрагменты классических теорий (например, классическую механику и оптику); (d) нельзя построить адекватную общую теорию измерения ни в классической, ни в квантовой физике; возможность создания такой теории сомнительна, поскольку не существует никаких общих измерений, н каждое макроскопическое событие пересекает несколько границ между различными главами физики. В этом, собственно говоря, и состоит основной тезис данной книги. (3)

Наивный операционализм (учебник философии); (а) каждая физическая теория, в частности квантовая механика, имеет отношение к действительным или возможным измерительным операциям и их результатам; Например, оператор Гамильтона представляет измерение энергии, а его собственные значения являются измеримыми значениями энергии; (в) следовательно, неї никакой необходимости в специальной теории измерения.

Критические замечания: (і) существует как структур-, ное, так и семантическое различие между теоретической величиной и ее экспериментальным партнером, если таковой вообще имеется (вспомним § 2.2); (іі) если бы общие теории имели отношение к эмпирическим наблюдениям, то что-то из них было бы излишним: либо теории, либо наблюдения, а выбор экспериментального обо^ рудования не имел бы никакого значения,

98 х (4)

Радикальный операционализмт: (а) базисные измерения являются непосредственными; (в) фундаментальная теория, такая, как, например, квантовая механика, должна иметь отношение к базисным измерениям и быть выводимой из анализа физики измерений.

Критические замечания: (і) непосредственных измерений (по крайней мере микросистем) не существует (смотри выше критику наивного реализма); (іі) йаучный анализ, будь то, анализ понятий или анализ операций, отнюдь не является внесистемный,v а осуществляется с помощью теорий; (ііі) в частности, анализ измерения опирается на совокупность как субстантивных теорий (substantive) (например, теория электромагнитного поля), так и на целый ряд прикладных методов обработки экспериментальных данных (в частности, математическую статистику). (5)

Строго копенгагенская точка зрения2: (а) процесс измерения — это процесс, в котором сливаются в одно целое объект, прибор и наблюдатель, которые таким образом теряют свою индивидуальность; (в) это единство свойственно исключительно квантовым феноменам, которые, следовательно, являются неанализируе- мыми; (с) «Формальный аппарат квантовой механики допускает однозначное применение только к такого рода завершенным явлениям»3; (d) если бы теория измерений попыталась анализировать такое единство, устанавливая различие между субъектом и объектом и выявляя точную форму их взаимодействия, то в таком случае она разрушила бы ту несводимость и иррациональность, которая характеризует квантовые феномены; (е) следовательно, не нужно пытаться строить квантовую теорию измерений 4.

Критические замечания: (і) хотя акт измерения включает в себя наблюдателя (а также и ряд других вещей), физика есть наука не о мыслящих существах, а о физических системах, которые в эксперименте иногда находятся под контролем, иногда независимы и во всяком

1 G.

H. Бор, Атомная физика и человеческое познание, М., 1961. *

Н. Бор, Единство знаний, — «Избранные научные труды», г. II, М., сНаука». стр. 487. *

L. R о s е n f е 1 d, in L. Infeld (ed.) Proceedings on Theory ot Gravitation, Gauthier — Villars, Paris, 1964.

случае лишены психических компонентов; (ii) было бы желательно построить квантовые теории реальных (а следовательно, и специфических) процессов измерения, теории, способные объяснить и предсказать всю цепь событий, начиная с какого-либо элементарного события; (например, фотохимической реакции) и заканчивая не* которым наблюдаемым макрособытием (например, пот Чернением фотопластинки).

(6) Точка зрения фон Неймана(а) процесс изме^ рения представляет собой взаимодействие между обц ектом и субъектом, причем граница между ними произ»; вольна (то есть место проведения этой границы опреде-j ляется чисто конвенциональным способом); (в) вместо того чтобы быть приложением квантовой механики Ц других физических теорий, квантовая теория измерения^ требует ограничить основной постулат квантовой мехаН ники (уравнение Шредингера или его эквивалент), до-І полняя его постулатом проектирования, согласно кото4 рому измерение некоторой наблюдаемой переводит век* тор состояния в один из собственных векторов рассма^ триваемой наблюдаемой; (с) полученная таким образолІ теория измерений является достаточно общей, и, кроме того, она придает квантовой механике ее операциональ^ ное значение. Поскольку предполагается, что эта точк$ зрения является стандартной, остановимся на ней под^ робнее. I