Важную роль в становлении физики XX в. сыграл
принцип наблюдаемости: в науку должны вводиться только те утверждения, которые
можно хотя бы мысленно, хотя бы в принципе проверить на опыте. впервые в физике
XX в. принцип наблюдаемости был использован при создании теории
относительности. Требование наблюдаемости заставило Эйнштейна ввести
определение одновременности, проверяемое на опыте. В сущности, все следствия
специальной теории относительности вытекают из этого определения. Принципом
наблюдаемости и принципом соответствия, согласно которому любая теория должна
переходить в предыдущую, менее общую теорию в тех условиях, в каких эта
предыдущая была установлена, физики руководствовались при создании квантовой
механики. Соотношение неопределенностей, т. е. взаимная неопределенность
понятий координаты и скорости, есть результат ограниченной наблюдаемости этих
величин.
Однако развитие теоретической физики, особенно во
второй половине XX в., показало, что требование наблюдаемости не должно
применяться слишком жестко.
Так, в квантовой механике замкнутые уравнения
существуют не для наблюдаемых величин, а для волновой функции, через которую
наблюдаемые выражаются квадратично.
Уже в классических теориях поля в электродинамике и
теории гравитации уравнения удобнее и проще формулировать не в терминах наблюдаемых
физических полей, а для вспомогательных полей (векторного потенциала в
электродинамике или метрического тензора в теории тяготения). Эти поля
допускают целый класс преобразований (калибровочные преобразования), не изменяющих
наблюдаемые величины. При квантовании введение таких калибровочных полей
делается принципиально необходимым.
Поучительна история так называемой S- матрицы или
матрицы рассеяния, предложенной Гейзенбергом в 1943 г. Это способ записать в
компактной форме все результаты возможных экспериментов по изучению системы.
Введение S- матрицы позволило получить много важных соотношений. Успех этого
метода привел в 50-х гг. к идее получить замкнутые уравнения для матрицы
рассеяния, связывающие между собой все возможные амплитуды рассеяния, и таким
образом построить теорию элементарных частиц, не обращаясь к их внутреннему
устройству, связывая непосредственно данные эксперимента. Но S-матрица имеет
дело только с поведением частиц, разведенных на большие расстояния, где они
изолированы друг от друга. Поэтому в ней теряются такие частицы, как кварки,
не существующие в изолированном виде. Не исследуя механизм взаимодействия
элементарных частиц и полей на малых расстояниях, невозможно построить разумную
теорию. Требование буквальной наблюдаемости оказалось слишком стеснительным
для современной физики.