Знание-сила, 2007 № 09 (963)

В январе этого года в Институте философии РАН прошел международный симпозиум «Структура атома: новые идеи и перспективы». Место проведения симпозиума было выбрано не случайно, ведь указанную в названии тему обсуждали не только физики, но и химики, биологи, биофизики, биохимики и даже философы — все, кто пытается привлекать квантовую механику для описания химических и биологических процессов.

Физики, занимающиеся квантовой механикой, располагают двумя фундаментальными уравнениями — Шрёдингера и Дирака. Их вполне хватает для описания элементарных частиц. Однако применение двух ключевых уравнений к атомам и молекулам требует привлечения дополнительных зависимостей. Химикам и биологам приходится получать их эмпирически. Следует ли говорить о несовершенстве квантовой теории в нынешнем ее виде? Стоит ли на повестке дня вопрос о востребованности новой квантовой теории?

— Квантовая механика не описывает диссипацию — рассеяние энергии, — подчеркивает один из участников симпозиума Дмитрий Чернавский, главный научный сотрудник Отделения теоретической физики Физического института им. П.Н. Лебедева РАН. — А в химических и биологических процессах диссипация энергии играет большую роль. Физики об этом прекрасно знают, хотя относятся к данной проблеме по-разному, частенько не придавая ей особого значения.

На самом деле проблема с диссипацией энергии фундаментальна, ее практическое решение крайне важно. Феноменологические приемы не всегда работают, имеют серьезные ограничения. Скажем, высокотемпературная сверхпроводимость. Разобраться с ней всерьез без фундаментальных подходов невозможно, а тема очень актуальная. Так что налицо столкновение двух подходов. Водораздел проходит сейчас по вопросу: стоит ли решать эту проблему немедленно, что потребует очень значительных усилий со стороны физиков-теоретиков, или еще какое-то время удовлетворяться феноменологическими приемами?

Редакция предлагает вниманию читателей обзорный материал, подготовленный для участников симпозиума одним из его организаторов и постоянным автором нашего журнала Юрием Магаршаком, президентом компании MathTech., Inc. и исполнительным вице-президентом Международного комитета интеллектуального сотрудничества (Нью-Йорк, США).

Объективная случайность - вероятно. самый важный элемент квантовой физики.

Рисунки Елены Капкиной 

Современная картина мира базируется на квантовой механике и теории относительности, со времени создания которых прошло около века.

За это время накоплен колоссальный экспериментальный материал. Созданы новые науки и научные направления, в частности биохимия и молекулярная биология. Совершенно ли представление о мире, являющееся в настоящее время каноническим? Требует ли оно уточнения? Появились ли экспериментальные данные, которые теория не в состоянии объяснить? Такие вопросы представляются правомерными, и их всестороннее и вдумчивое рассмотрение назрело. При этом методологически проблема адекватности современной картины мира должна быть разбита на две части:

перечень проблем естествознания, которые, возможно, не объясняются существующей теорией;

попытка объяснения этих экспериментов.

Если в результате всестороннего рассмотрения окажется, что все эксперименты адекватно объясняются в рамках теории и никакого пересмотра теоретических представлений (или их расширения) не требуется — прекрасно, в рамках существующих представлений наука должна развиваться и дальше. Однако если окажется, что есть хотя бы один эксперимент, в рамки теории не укладывающийся, это может означать, что теория, в том числе фундаментальная, должна быть расширена или вообще пересмотрена.

Эти совершенно очевидные соображения применимы не только к частным проблемам, но и к картине мира в целом, в частности к теоретическому и концептуальному «зазору», существующему между физикой и химией.

Со времени создания квантовой механики физики убеждены, что все происходящее в мире атомов и молекул, может быть объяснено с помощью уравнений Шрёдингера (а там, где необходимо учесть релятивистские эффекты, — уравнения Дирака). С этой точки зрения, считающейся само собой разумеющейся для физиков, тот факт, что многие химические и молекулярно-биологические процессы основываются на так называемых полуэмпирических закономерностях, — свидетельство всего лишь того, что пока их не удалось вывести из уравнения Шрёдингера (ни аналитически, ни с помощью современных компьютеров): придет время, и все будет выведено и доказано на основе существующих представлений.