Философия науки / Бор / Квантовая физика и философия. Квантовая философия

Квантовая физика и философия: метафизический аспект природы

Эта статья не является очередной интерпретацией. Она дает представление о новой философии, которая появилась благодаря квантовым понятиям. ”Квантовые" интерпретации нельзя считать достаточными, так как они являются классическими способами понимания неклассических явлений.

Такая философия ставит перед мыслителями сложнейшие задачи, которые могут стать причиной научной революции. Это новый путь, который еще предстоит проложить, для чего многое нужно будет создавать заново.

«Квантово-философские» гипотезы выступают катализаторами, благодаря которым, становится возможно взаимодействие бесчисленного количества различных идей. Они разрушают междисциплинарные барьеры, изолирующие и блокирующие обмен знаниями.

Моя цель – разработать нечто совершенно новое, что позволит нам отойти от стандартных моделей.

Этот шаг подразумевает трансформацию категорий и расширение понятий для создания иного образа мышления, которое даст нам знания, сверх тех, которые возможно вычислить и предвидеть.

Несмотря на значительные достижения научного прогресса, наблюдавшиеся в последние годы, серьезные аномалии выявляют существенные ограничения стандартной парадигмы, поскольку она не рассматривает функционирование Космоса в результате взаимодействия и имплексии квантовых объектов и людей. Взаимодействие и имплексия[1] – это одни из самых необычных нововведений квантовой физики, внесшие свой вклад в описание метафизической динамики природы.

В классической физике не существует ничего подобного, поэтому такая ситуация требует появления новых моделей, новых форм и новых аксиом, которые могли бы решить трансцендентные проблемы.

Необходима новая программа, моделирующая сеть взаимодействий между символами, сложными объектами, технологическими объектами и экзистенциальными вопросами.

Современные проблемы не могут быть решены с помощью уже известных средств. Они абсолютно новые и связаны с интерактивными процессами, которые вызывают нарушение традиционного образа мышления.

Понимание этих процессов требует создания стратегий, которые никогда ранее не использовались при решении задач. Это означает, что квантовые явления следует рассматривать с неклассической точки зрения. Нужно оставить то, что было помещено в рефлексивный акт сознания, и передать нашим потомкам способы, вызывающие экзистенциальное потрясение. Вследствие этого станет возможным расширение восприятия и понимания естественной имплексии жизнь-энергия-материя-разум. Расширение подразумевает огромные интеллектуальные и духовные усилия, благодаря которым станет возможным появление нового вида человека, живущего в гармонии с природой и осознающего коллективную ответственность.

Обновление философии с помощью квантовой концепции может непосредственно повлиять на социальные явления и привести к росту гуманизма третьего тысячелетия.

Моя цель – переместить квантовые проблемы и гипотезы в область философии для получения новых знаний.

При таком перемещении понятия приобретут более широкий смысл. Интеллект – это одно из понятий, значение которого необходимо расширить. Интеллект является не только свойством психики человека, он имеет значение повсеместности. Квантовые сущности находятся не в вегетативном, а в активном состоянии; они живые организмы, несущие интеллектуальный код Космоса. Взаимодействие квантовых объектов не уменьшается с расстоянием, поскольку оно для них не существует. В интерактивности присутствуют синхронность и мгновенность. Квантовые сущности не важны сами по себе, они становятся существенными при взаимодействии, и они более реальны, чем чувственный мир. В контактах друг с другом они образуют сложные формы, и их поведение становится коллективным, качественно отличаясь от индивидуального.

Речь идет не о сумме отдельных форм, а о неоструктуре. Квантовые сущности можно сравнить с рабами, покинувшими пещеру Платона, потому что они свободны от фиксированных форм и пределов. Таким образом, достижений «механики» не достаточно для описания квантовых сущностей. Они выходят за рамки механики, поэтому «Квант» является метафизической составляющей природы. Интеллект определяется только во взаимодействии, в волновой функции квантовой среды.

Квантовые сущности вместе с людьми являются соавторами того, что доступно сознанию.

Это факт, который, несомненно, является прорывом в антропоцентрической модели интеллекта. Следовательно, интеллект принадлежит не только царству людей, он рассеян по всему космосу. Поэтому законы Природы ясны для людей. Разборчивость – это не случайность, и законы Природы понятны для людей, потому что они сами участвовали в процессе принятия этих законов. Имплексия Человек-Космос обеспечивает понимание природы. Имплексия квантовых сущностей высвобождает энергию, которая в качестве роя информации становится наблюдаемой материей. Именно таким образом вибрация мысли заставляет вибрировать нашу ДНК, а вибрация ДНК побуждает вибрировать Космос.

квантовая физика и философия

Физик Кристоф Гальфард назвал свою работу «Вселенная в твоей руке», а я бы сказала, что «Космос» находится в каждой из наших клеток. Это не указывает на то, что все вокруг – космическая звездная пыль, но, это означает, что все сущее представляет собой информацию и энергию из Космоса. Наши глаза, волос любого животного, цветы, каждая песчинка, капля воды, частичка нашей крови, нейроны, кости и кожа содержат исходные данные из Космоса. Все сущее обладает информацией Космоса. Мы – это сознательный Космос. Жизнь вибрирует как созвездие, в котором все элементы биологически взаимодействуют с помощью потоков энергии, содержащихся в квантовых сущностях. Таким образом, активируется когерентная и гармоничная программа развития, восстанавливающая воспоминания о том, что мы знаем из вечности, которой принадлежим. Это позволяет нам понять, что все едино, поскольку раздельность не является реальной.

Эксперимент – это еще одно понятие, границы которого должны быть расширены. Следует изменить представление о нем, основанное на традиционных мнениях, верификации, фальсификации и опыте, также нужно отменить дихотомию наблюдатель/наблюдаемое, внутреннее/внешнее и преодолеть редукционизм. Это расширение приведет к росту бесструктурного дерева решений, что станет началом безмерного лабиринта, в котором невыразимое, невидимое и невозможное являются реальными.

Я согласна с Этьеном Клейном[2], когда он утверждает, что «у физиков нет другого выбора, кроме как снова задаться вопросом о структуре «Реального».

В квантовой физике наблюдатель создает существование наблюдением или мышлением. Следовательно, что-то существует только потому, что оно наблюдается и мыслится. Что было бы с Космосом, если бы о нем не думали? Квантовые явления больше не могут быть объяснены визуальными представлениями, потому что, знание больше не ограничено непосредственным опытом. Ничто не может быть обозначено как «объект», если указанная сущность обладает способностью быть в совершенно невообразимых формах. Может ли оно называться объектом, когда то, что существует, является результатом взаимодействий? Однако если сосредоточить внимание не на эксперименте, а на гипотезе, то генерируется ускорение идей, и фраза Архимеда «дайте мне точку опоры и я сдвину землю» может быть изменена на «дайте мне гипотезу и космос раскроется».

Так квантовая физика, возвращая нас к проблематике древнегреческой философии, способствует разрешению современных вопросов метафизики.

[1] англ. Implexion – усложнение, запутывание

[2] французский физик и философ науки, подробнее: https://en.wikipedia.org/wiki/%C3%89tienne_Klein

Автор: Вивиана Якузи Полисена

Перевел: Олег Басов

Опубликовано 28.11.2017

hisocrates.com

Философия природы и квантовая физика

Такие области современного естествознания, как квантовая механика, несмотря на полную согласованность с экспериментальными данными, до сих пор требуют адекватного философского осмысления. В статье преподавателя Тобольской духовной семинарии священника Димитрия Кирьянова сделана попытка показать возможность применения аристотелевской философии природы при осмыслении данных современной науки.

Философию природы можно рассматривать как отличительную точку зрения на материю, пространство и время, чувственную реальность. Исторически наука и философия природы были настолько тесно связаны друг с другом, что рождение современной науки приобрело некоторые черты разрыва длительного брака. С развитием науки аристотелевская картина мироздания стала рушиться. Открытия Коперника и Галилея показали, что космологическая система Аристотеля оказалась неверной. Его теория зависимости скорости падения тел от веса была опровергнута экспериментами. Поскольку физика Аристотеля была связана с философией природы, ученые отвергли и ту и другую. Они стали полагать, что все процессы в мире могут быть выражены исключительно в математических формулах. Их аргументы казались настолько сильными, а открытия, которые они сделали настолько убедительными, что философы стали полагать, что свойства вещей, изучаемые в философии природы, не позволяют нам получить какое-либо ценное знание материальной реальности. Объективным является лишь то, что может быть проверено и измерено. То, что не может удовлетворять этому критерию, должно быть отнесено к области субъективного. Вопрос "как" был заменен вопросом "что" или "почему".

Современная наука имела мало терпимости к философской традиции, которая держала ее скованной по обеим рукам фрагментами греческой науки. Порывая связь с наукой прошлого, ученые в то же самое время порвали связь с философией, с которой наука была связана. Ученые не нуждались в философии природы для создания науки. Наука стала единственным истинным способом познания вещей, а философия природы была дискредитирована. Философия природы была изъята из области научного исследования. Это отразилось на метафизических основаниях науки и принципах, которые в ней были выведены в результате рассмотрения природы.

Однако стремительное развитие теоретической физики в XX веке, и особенно таких областей, как квантовая механика, а также стремление к осмыслению данных науки, осознание ограниченности научного познания мира привело к возрождению интереса к философии природы. Норберт Люйтен замечает: "Философия природы нацелена на достижение понимания вещей, в то время как наука обеспечивает лишь функциональное понимание. Если отвергнуть спонтанный опыт вещей как отправную точку философской рефлексии, то следует подвергнуть сомнению все существующее знание, что приведет нас к скептицизму. Философия природы стремится достигнуть разумного понимания вещей, знания, которое отличается от функционального понимания, которое дают науки" [1].

В последние годы некоторые ученые стали утверждать возникновение новой парадигмы, нового способа мышления, в соответствии с которым мир не является самодостаточным или самообъяснимым: существует некоторая тайна вне квантового мира частиц. Наука не способна дать абсолютное объяснение реальности. Двадцатый век открыл ограниченность научного метода. В свое время Э. Шредингер утверждал, что частицы являются только образами, но мы вполне можем обойтись и без них [2]. По мысли Карла Поппера, научные теории являются человеческим изобретением. Они подобны сети, посредством которой мы пытаемся поймать мир, они не похожи на фотографии. Более того, они должны все время корректироваться. Неудивительно, что некоторые ученые утверждают, что вне пределов расширяющейся Вселенной и развивающейся жизни существует источник бытия и энергии, следы которого мы можем смутно различить. Этот взгляд возник в результате осознания ограничений, налагаемых на наше знание неустранимой неопределенностью квантовой физики, предельной недоступностью материальной реальности, а также наблюдений определенных феноменов, не укладывающихся в рамки стандартных концепций.

Уже в начале XX века два выдающихся философа, Бергсон и Гуссерль, указали на относительное значение научного знания природы. Открытие энергии кванта, формулировка специальной и общей теорий относительности и рождение квантовой физики стали причиной падения классической теории пространства, детерминизма. Некоторые ученые даже начали говорить об атомах и частицах как символических представлениях, которые не являются вещами. Сейчас уже стало почти всеобщим убеждением среди философов науки, что научные теории каждый раз представляют гипотетические модели объяснения явлений: "Они дают образ мира с помощью определенных утверждений, которые не основаны только на наблюдаемых фактах, но являются также продуктом воображения"[3].

Дэвид Бом ввел концепцию целостности для рассмотрения нелокального аспекта элементарной материи: "В этой холистической интерпретации электроны рассматриваются не как отдельные независимые частицы, но как аспекты глобальной ситуации; они являются обнаружением информации, приходящей к ним от целого" [4]. Согласно другим научным концепциям фундаментальная реальность материальных вещей состоит не из частиц, но из струн, в которых материальные субстанции заменяются функциями. Однако, как отмечает Доддс, "различные объяснения охватывают каждый раз лишь один аспект материи, но всеохватная теория никогда не будет достигнута" [5].

До середины XX в. считалось, что протоны, нейтроны и электроны неделимы и являются основными строительными блоками материи. Впрочем, в результате экспериментов на ускорителях высоких энергий в 1950-1960 гг. были открыты многие другие виды частиц, также имеющих массу, заряд и спин. Дальнейшие исследования побудили ученых предположить о существовании кварков, ещё более мелких частиц, составляющих элементарные частицы. Однако свойство их таково, что они не могут существовать свободно [6]. К примеру, сам протон состоит из 3-х кварков, но чтобы отделить их друг от друга, необходимо большое количество энергии, а в результате появляются новые кварки и новые протоны, другие частицы. Как замечает Йен Барбур, "кварки - это частицы, которые, по-видимому, могут существовать только в рамках целого"[7].

Если рассматривать атом гелия, то классическая физика видела в нём раздельные компоненты: ядро, состоящее из 2-х протонов и 2-х нейтронов, вокруг которого вращаются электроны. Однако квантовая теория рассматривает атом гелия как целое, в котором нет различимых частей. Волновая функция атома не является суммой волновых функций элементарных частиц, входящих в него. По принципу Паули, определяющему таблицу химических элементов, два электрона в атоме не могут находиться в одинаковом энергетическом состоянии: "Связанный электрон - это состояние системы, а не независимая единица"[8].

Такая зависимость частей от целого наблюдается и на более высоком уровне: энергетическое состояние атомов в кристаллической решётке, групповое взаимодействие магнитных доменов при охлаждении металла, "кооперативное" поведение электронов при сверхпроводимости. Здесь законы системы невозможно вывести из законов составляющих. "Существование любого объекта определяется его взаимодействием с другим и его участием в более общих системах. Без подобных холистических квантовых явлений не было бы ни химических свойств... ни ядерной энергии, ни жизни"[9].

Однако вопрос заключается не в том, что наука открыла целостность и недостаточность редукционистского видения мира, вопрос заключается в том, как объяснить целостность. Исследователь Майкл Доддс из Университета Нотр Дам считает, что для этого следует вернуться к аристотелевскому понятию первоматерии и субстанциальной формы[10]. Используя аристотелевское понятие субстанциальной формы, утверждает Доддс, мы можем лучше объяснить бытие и активность целого и ответить на вопрос, почему части могут действовать внутри целого иначе, чем в изоляции.

Любой фундаментальный компонент, о котором мы говорим, будь то: кварки, электроны, атомы, молекулы или живые клетки - всегда способен изменяться и становиться чем-то иным. Кварки, возможность отдельного существования которых до сих пор остается под вопросом, могут становиться протонами или другими частицами. Электрон может становиться частью атома. Атом может становиться частью соединения. Клетка, которая существует как часть собаки, перестает быть собакой и становится чем-то иным, если она отделена от этого организма. Доддс заключает: "Если все эти субстанции являются субстанциями, которые становятся другими субстанциями, следовательно, должен быть некоторый более фундаментальный принцип, который сохраняется при таких изменениях"[11]. Уильям Уоллес описывает это как "радикальную неопределенность в корне всех естественных изменений"[12].

Как отмечает Стивен Балднер, в философии Аристотеля первоматерия подразумевает нечто существенно отличное от того, что ученые называют материей[13]. "Materia prima не есть сам материал, который существует, но фактор, благодаря которому вещи являются телами; это ни бытие, ни небытие, но компонент материальных субстанций, который объясняет их изменяемость. С концепцией первоматерии мы подходим к самому глубокому нижнему уровню реальности. Ее ценность заключается в том, что она объясняет субстанциальные изменения в мире"[14]. Аристотель говорит о ней как о предельном материальном компоненте естественных сущностей, или протоматерии. Аристотель описывает ее как непосредственный материальный субстрат вещей, который имеет в себе принцип движения или изменения[15].

Понятие субстанциальной формы может быть применено к некоторым примерам причинности целого, которые открыла современная наука. Используя категории аристотелевской метафизики можно понять, почему часть может действовать внутри целого иначе, чем в изоляции. Если протоны, нейтроны и электроны в атоме натрия, например, действуют различным образом в составе атома и в изоляции, это происходит потому, что каждый атом существует не просто как элементарная частица, но как натрий. Уильям Уоллес: "Каждый (атом) есть интегральная часть целой субстанции: также как поведение электрона в атоме натрия диктуется не посредством формы электрона, как он может существовать вне атома, но посредством единой формы натрия, так поведение нейтрона внутри, скажем, в капельной модели ядра, диктуется не формой нейтрона, как он может существовать вне атома, но посредством формы натрия. Другими словами, природа натрия такова, что специфическая форма этого элемента действительно информирует протоматерию отличительным образом, как структуру его компонентов - ядро, его составляющие, орбитальные электроны - как интегральное целое, которое отвечает способом, характерным для натрия, на различные внешние влияния"[16].

Подобным образом 17 протонов, 18 или 20 нейтронов и 17 электронов атома хлора не действуют, как 52 или 54 несвязанные частицы, но как единое целое в соответствии с субстанциальной формой: отличительное свойство хлора - не его материальный состав, но скорее способ, с помощью которого расположены его компоненты. Однако, отмечает Доддс, "здесь подразумевается не просто структурное или искусственное расположение; скорее здесь подразумевается динамичное единство, которое определяет поведение каждого компонента атома не как независимой природы, но как части хлора"[17]. "Объединяющая или стабилизирующая форма дает специфическую идентичность элементу и так конституирует его естественную субстанцию в ее собственных правах"[18].

Атомная теория была разработана внутри определенной философии, материалистического механицизма. Однако с точки зрения физики нет никакой необходимости придерживаться материалистического мировоззрения. Данные современной науки более согласуются с концепциями философии Платона и Аристотеля, нежели Демокрита и Левкиппа. Атомная структура, определенные элементы которой наблюдают ученые, не является глубочайшим слоем вещей и не определяет их сущность. Она очень хорошо объясняет определенные свойства и имеет функциональное значение, но она не дает нам видения сущности материальных вещей. Лео Элдерс говорит о необходимости применения аристотелевских категорий, ссылаясь на осмысление квантовой механики, данное Вернером Гейзенбергом.

Для Гейзенберга неопределённость есть свойство природы. Гейзенберг восстановил аристотелевскую терминологию потенции и акта. "Всё, что мы наблюдаем в мире явлений, - говорил Аристотель, - представляет собой оформленную материю"[19]. Материя, следовательно, является реальностью не сама по себе, но представляет собой только возможность, "потенцию", она существует лишь благодаря форме. По мысли Аристотеля, материя не является каким-либо определённым веществом, как воздух, вода, огонь или даже пространство; она является тем "нечто", которое может перейти благодаря форме в актуально свершившееся. Атомная область есть область возможности, говорил Гейзенберг. Будущее событие не предрешено до тех пор, пока одна из диапазона возможностей не реализовалась. Когда учёный вторгается своим измерительным прибором в атомную систему, он вынуждает получение конкретного результата для актуализации из того, что было нечёткой областью возможностей. Так, он писал: "Переход от "возможности" к "действительности" происходит во время акта наблюдения" [20].

Полное взаимопревращение элементарных частиц в энергию и обратно побуждает Гейзенберга видеть в первоматерии Аристотеля "энергию" современной физики: "Таким образом, энергию можно считать основной субстанцией, первоматерией. Фактически она обладает существенным свойством, принадлежащим субстанции: она сохраняется"[21]. Благодаря энергии "актуализируется" частица в мире, благодаря ней в мире существуют изменения состояния.

Взаимные превращения частиц Гейзенберг считает неоспоримым доказательством единства материи: "Все элементарные частицы "сделаны" из одной и той же субстанции, из одного и того же материала, который мы можем назвать энергией, или универсальной материей; они - только различные формы, в которых может проявляться материя"[22]. Уравнение Шрёдингера, называемое Гейзенбергом "математическим уравнением всей материи"[23], имеет собственные решения - волновые функции, которые есть элементарные частицы. Поэтому Гейзенберг соглашается с Пифагором, сказавшим: "Все вещи суть числа". Для него "все элементарные частицы, в конечном счёте, суть математические формы, только гораздо более сложной и абстрактной природы"[24]. Они являются первообразами, идеями материи, которыми определяется всё происходящее[25]. Следует заметить, что не все философы согласны с Гейзенбергом в отождествлении первоматерии Аристотеля с энергией физики. Первоматерия Аристотеля более идеальна, чем даже энергия физики, она есть чистая потенциальность. Уильям Уоллес пишет: "Протоматерия есть предельный субстрат, основная потенция, которая лежит в основе действий природы"[26]. Протоматерия становится реальной вещью благодаря субстанциальной форме.

Квантовая механика поставила проблему реалистического видения мира. Такие исследователи, как Вольфганг Смит[27], Милош Лукашичек[28], Джеймс Эррей разрабатывают реалистическую интерпретацию квантовой механики, используя категории аристотелевской метафизики. В позднейших наблюдениях квантовой физики, связанных с так называемым явлением нелокальной связи, отмечается глубинная реальность, которая каким-то образом контролирует поведение частиц, наблюдаемых в определенных экспериментах: частицы остаются взаимодействующими со скоростью, превышающей скорость света, частицы, которые взаимодействовали ранее, остаются нераздельными посредством связи, которая не является ни материальной, ни энергетической. Джеймс Эррей отмечает: "Теорема Белла доказывает существование невидимой, глубоко нелокальной реальности. Открытие Белла может быть названо наиболее важным достижением в исследовании реальности со времени создания квантовой теории"[29].

Введение категорий аристотелевской метафизики для осмысления научных данных, несомненно, не является умалением научной работы. Но философия природы снабжает онтологическим основанием существование целого. Майкл Доддс заключает: "Если мы не боимся использовать старые понятия, мы можем сказать, что единство (целого) гарантируется формой в глубоко аристотелевском смысле этой концепции, которая является в то же самое время онтологическим критерием специфичности, фактором организации, и функциональной и окончательной согласованности"[30]. Междисциплинарная функция философии природы, по мнению Элдерса, состоит в том, что она должна дать анализ того, что мы наблюдаем: "Она имеет критическую задачу по отношению к утверждениям современных ученых и попыток устранить из мира замысел и уникальную роль человека в мире. В этом выделяется необходимая функция философии природы - она является анализом и осмыслением того, что мы наблюдаем и дает целостное осмысленное понимание мира, в котором мы живем"[31].

[1] Array J. Mystery of Matter // http://www.innerexplorations.com/catchmeta/mys9.htm. 25.04.2002.

[2] Elders L. Modern Science and the Philosophy of Nature // http://www.nd.edu/Departments/Maritain/ti/elders.htm. 20.12.2002.

[3] Elders L. Modern Science and the Philosophy of Nature // http://www.nd.edu/Departments/Maritain/ti/elders.htm. 20.12.2002.

[4] Array J. Mystery of Matter // http://www.innerexplorations.com/catchmeta/mys9.htm. 25.04.2002.

[5] Dodds M. J. Top Down, Bottom Up or Inside Out? Retrieving Aristotelian Causality in Contemporary Science//

http://www.nd.edu/Departments/Maritain/ti/dodds.htm. 20.12.2002.

[6] Барбур Иен. Религия и наука: история и современность. Библейско-богословский институт им. св. апостола Андрея. - М., 2000. - С.212.

[7] Там же.

[8] Там же.

[9] Там же. - С. 213.

•[10]Dodds M. J. Top Down, Bottom Up or Inside Out? Retrieving Aristotelian Causality in Contemporary Science//

http://www.nd.edu/Departments/Maritain/ti/dodds.htm. 20.12.2002.

•[11] Dodds M. J. Top Down, Bottom Up or Inside Out? Retrieving Aristotelian Causality in Contemporary Science//

http://www.nd.edu/Departments/Maritain/ti/dodds.htm. 20.12.2002.

•[12] Wallace W.A. The modelling of nature: philosophy of science and philosophy of nature in synthesis. Washington. The Catholic University of America Press, 1996. - P. 56.

•[13] Baldner S. Sources of St. Thomas' Teaching on Prime Matter Or Albert and Thomas on Matter // http://www.nd.edu/Departments/Maritain/ti00/baldner.htm. 30.06.2002.

•[14] Elders L. Modern Science and the Philosophy of Nature // http://www.nd.edu/Departments/Maritain/ti/elders.htm. 20.12.2002.

•[15] Аристотель. Физика, 193а, 28-29.

•[16] Wallace W.A. The modelling of nature: philosophy of science and philosophy of nature in synthesis. Washington. The Catholic University of America Press, 1996. - P. 56-57.

•[17] Dodds M. J. Top Down, Bottom Up or Inside Out? Retrieving Aristotelian Causality in Contemporary Science// http://www.nd.edu/Departments/Maritain/ti/dodds.htm. 20.12.2002.

•[18] Wallace W. A. The modelling of nature: philosophy of science and philosophy of nature in synthesis. - P. 48.

•[19] Гейзенберг В. Физика и философия. Часть и целое. - М., Наука, 1989. - С. 89.

•[20] The Soul of Science: Christian Faith and Natural Philosophy. Wheaton, Crossway Books, 1994. - P. 198.

•[21] Гейзенберг В. Физика и философия. Часть и целое. - С. 35.

•[22] Там же. - С. 98.

•[23] Там же. - С. 37.

•[24] Там же. - С. 36.

•[25] Там же. - С. 350.

•[26] Wallace W.A. Is Nature Accessible to the Mathematical Physicist? //http://www.nd.edu/Departments/Maritain/ti98/wallace.htm. 20.12.2002.

•[27] Smith W. From Schrodinger's Cat to Thomistic Ontology // http://www.nd.edu/Departments/Maritain/ti98/smith.htm. 20.12.2002.

•[28] Lokajicek M. Quantum mechanics and realistic view of nature // http://www.nd.edu/Departments/Maritain/ti/lokajice.htm. 20.12.2002.

•[29] Array J. Mystery of Matter// http://www.innerexplorations.com/catchmeta/mys9.htm. 25.04.2002.

•[30] Dodds M. J. Top Down, Bottom Up or Inside Out? Retrieving Aristotelian Causality in Contemporary Science// http://www.nd.edu/Departments/Maritain/ti/dodds.htm. 20.12.2002.

[31] Elders L. Modern Science and the Philosophy of Nature // http://www.nd.edu/Departments/Maritain/ti/elders.htm. 20.12.2002.

http://bogoslov.ru/text/253859.html

ruskline.ru

Квантовая физика и философия

Бор Н.

Квантовая физика и философия

1959

Значение физических наук для философии состоит не только в том, что oни все время пополняют сумму наших знаний о неодушевленной материи, но и прежде всего в том, что они позволяют подвергнуть проверке те основания, на которых покоятся наши самые первичные понятия, и выяснить область их применимости. Накопление экспериментальных данных и развитие теоретических понятий, несомненно, приводят к усовершенствованиям в терминологии. Тем не менее всякое описание физических результатов основано в конечном счете на обычном языке, приспособленном к тому, чтобы разбираться в отгружающем и прослеживать связи между причинами и следствиями. Галилеева программа, согласно которой описание физических явлений должно опираться на величины, имеющие количественную меру, дала прочные основы для упорядочения опытных данных во все более и более широкой области.

139

рода представляет, очевидно, идеальную форму причинной связи, соответствующую понятию детерминизма. Выяснилось, что такое описание применимо и в более широкой области. Так, при отображении электромагнитных явлений, где приходится рассматривать распространение сил с конечными скоростями, оказалось возможным сохранить детерминистское описание, включив в понятие состояния не только положения и скорости заряженных частиц, но и задаваемые по величине и по направлению электрические и магнитные силы в каждой точке пространства в рассматриваемый момент времени.

В этом отношении положение вещей не изменилось существенным образом в результате признания того, что описание физических явлений в определенной мере зависит от системы отсчета, избранной наблюдателем. Признание этого обстоятельства составляет содержание понятия относительности. Мы имеем здесь дело с чрезвычайно плодотворным научным направлением, которое позволило формулировать физические законы, общие для всех наблюдателей, и связать явления, представлявшиеся прежде несвязанными. Хотя в этих формулировках применяются математические абстракции, такие, как четырехмерная неевклидова метрика, физическое толкование для каждого данного наблюдателя основано на обычном отделении пространства от времени, причем сохраняется детерминистский характер описания. Сверх того, как было указано Эйнштейном, соответствующая различным наблюдателям координация событий в пространстве и времени такова, что она никогда не заменяет данную причинную последовательность событий на обратную. Поэтому теория относительности не только расширила область применимости, но и укрепила основы детерминистского описания, являющегося характерным для того величественного здания, которое именуется классической физикой. С открытием Планком элементарного кванта действийначалась, однако, новая эпоха в физических науках. Это открытие обнаружило свойственную атомным процессам чертуцельности,идущую гораздо дальше старой идеи об ограниченной делимости материи. Стало ясно, что свойственное классическим физическим теориям наглядное картинное описание представляет идеализацию, применимую только к явлениям, которые

140

удовлетворяют условию, что все величины размерности действия, встречающиеся в их анализе, настолько велики, что по сравнению с ними квантом действия можно пренебречь. В явлениях обычного масштаба это условие выполняется с избытком; напротив, в опытных данных, отнocящиxcя к атомным частицам, мы наталкиваемся на закономерности нового типа, не поддающиеся детерминистскому анализу. Эти квантовые законы обусловливают замечательную устойчивость атомных систем и определяют их реакции; тем самым они в конечном счете ответственны и за те свойства материи, от которых зависят наши способы наблюдения.

Задача, с которой столкнулись физики, состояла, таким образом, в том, чтобы рациональным образом обобщить классическую физику, гармонически включив в нее квант действия. После предварительного исследования полученных из опыта данных, произведенного более грубыми методами, эта трудная задача была в конце концов решена путем введения надлежащих математических абстракций. Так, в аппарате квантовой механики на месте величин, характеризующих в обычной механике состояние физической системы, выступают символические операторы, подчиненные некоммутативному правилу умножения, содержащему постоянную Планка. Эта формулировка предотвращает фиксирование такого рода величин с точностью, потребной для детерминистического описания, принятого в классической физике, но вместе с тем позволяет находить спектральное распределение этих величин в соответствии с данными об атомных процессах. Сообразно его не-модельному характеру, физическое толкование математического аппарата находит свое выражение в законах существенно статистического (вероятностного) типа, относящихся к результатам наблюдений, полученным в данных экспериментальных условиях.

Несмотря на то, что квантовая механика представляет могущественное средство для упорядочения огромного экспериментального материала, относящегося к атомным объектам, тот факт, что она так сильно отклоняется от привычных требований причинного объяснения явлений, естественно, дал повод поставить вопрос, действительно ли мы имеем здесь дело с полным описанием того, что дает опыт. Для ответа на этот вопрос,

141

очевидно, требуется тщательное рассмотрение условий, необходимых для однозначного применения понятий классической физики к анализу атомных явлений. Решающим является здесь признание того положения, что описание экспериментальной установки и результатов наблюдений должно производиться на понятном языке, надлежащим образом усовершенствованном путем применения обычной физической терминологии. Это есть просто требование логики, так как под словом “эксперимент” мы можем разуметь единственно только процедуру, о которой мы можем сообщить другим, что нами проделано и что мы узнали.

В действительных экспериментальных установках выполнение такого рода требований обеспечивается тем, что в качестве измерительных приборов применяются твердые тела, достаточно тяжелые, чтобы можно было характеризовать их относительные положения и скорости чисто классическим образом. В связи с этим существенно иметь также в виду, что всякая однозначная информация об атомных объектах выводится из положения неисчезающих отметок на телах, определяющих экспериментальные условия, — отметок, подобных пятну на фотографической пластинке, вызванному ударом электрона. Необратимые усилительные эффекты, на которых основана регистрация наличия атомных объектов, не вносят при этом никаких особых затруднений, а только напоминают нам о том, что самое понятие наблюдения связано с существенной необратимостью, Описание атомных явлений имеет в этом отношении совершенно объективный характер, в том смысле, что оно обходится без явной ссылки на какого-либо индивидуального наблюдателя; по этой же причине передача информации не связана с какой-либо неоднозначностью, если только учитывать требования теории относительности.

Во всех этих отношениях проблема наблюдения в квантовой физике ни в какой мере не отличается от классического физического подхода. Существенно новой чертой анализа квантовых явлений является, однако, то, что вводится фундаментальное различие между измерительным прибором и изучаемыми объектами. Оно представляет прямое следствие необходимости” описывать работу измерительных приборов на языке

142

классической физики, не вводя явным образом кванта действия. С другой стороны, квантовые черты явления содержатся в выводимой из наблюдений информации об атомных объектах. В то время как в классической физике взаимодействием между объектом и прибором можно пренебречь или, если надо, можно его компенсировать, в квантовой физике это взаимодействие составляет нераздельную часть явления. Сообразно этому, однозначное описание собственно квантового явления должно, в принципе, включать описание всех существенных частей экспериментальной установки.

Повторение одного и того же опыта, характеризуемого как описано выше, даст, вообще говоря, разные отсчеты, относящиеся к объекту; этот факт непосредственно приводит к выводу, что обобщающая формулировка полученных из опыта результатов в этой области должна выражаться в форме статистических (вероятностных) законов. Едва ли нужно особо подчеркивать, что мы имеем здесь дело отнюдь не с чем-либо аналогичным обычному применению статистики к описанию физических систем, чересчур сложных для того, чтобы можно было практически дать полное определение их состояния, достаточное для детерминистского описания. Такое описание подразумевает возможность неограниченно подразделять и детализировать события, тогда как в случае квантовых явлений эта возможность принципиально исключается в силу требования конкретно указывать экспериментальные условия. В самом деле, типичная для собственно квантовых явлений черта цельности находит свое логическое выражение в том обстоятельстве, что всякая попытка определенным образом подразделить данное явление потребовала бы изменения в экспериментальной установке,—изменения, несовместного с определением данного явления. В области применимости классической физики все стороны и свойства данного объекта могут быть в принципе обнаружены при помощиоднойэкспериментальной установки, хотя на практике часто бывает удобно применять для изучения разных сторон явления разные установки. В самом деле, полученные таким путем данные просто складываются и могут быть скомбинированы в одну связную картину поведения изучаемого обьекта. Напротив, в квантовой физике данные об атомных

143

объектах, полученные при помощи разных экспериментальных установок, находятся в своеобразном дополнительном отношении друг к другу. Действительно, следует признать, что такого рода данные, хотя и кажутся противоречащими друг другу при попытке скомбинировать их в одну картину, на самом деле исчерпывают все, что мы можем узнать о предмете. Отнюдь не ограничивая наши стремления задавать природе вопросы в форме экспериментов, понятие дополнительностипросто характеризует возможные ответы, получаемые в результате такого исследования в том случае, когда взаимодействие между измерительным прибором и объектом составляет нераздельную часть явления.

Разумеется, классическое описание экспериментальной установки и необратимость отсчетов, относящихся к атомному объекту, обеспечивают последовательность между причиной и следствием в соответствии с очевидным и элементарным требованием причинности.В то же время окончательный отказ от классического идеала детерминизма находит себе яркое выражение в соотношениях дополнительности, представляющих условия для однозначного применения основных понятий, безусловное и неограниченное применение которых составляет основу классического описания. В самом деле, для констатации наличия атомной частицы в ограниченной области пространства и времени требуется экспериментальное устройство, связанное с переносом количества движения и энергии к телам, подобным неподвижным масштабам и синхронно идущим часам; а этот перенос не может быть включен в описание работы упомянутых приборов без отказа от их пригодности к выполнению их роли фиксировать систему отсчета. Обратно, всякое строгое применение к атомным процессам законов сохранения количества движения и энергии предполагает в принципе отказ от детальной локализации частиц в пространстве и времени.

144

определяется состояние физической системы. Действительно, некоммутативность математических символов, которыми в аппарате квантовой механики представлены эти переменные, соответствует несовместимости экспериментальных установок, необходимых для их однозначного определения. В связи с этим заметим, что мы, очевидно, имеем здесь дело не с ограничениями точности измерений, а с ограниченной применимостью пространственно-временных понятий и динамических законов сохранения; эта ограниченная применимость связана с необходимостью проводить различие между измерительными приборами и атомными объектами.

При рассмотрении задач атомной физики для выполнения конкретных вычислений удобнее всего пользоваться шредингеровской функцией состояния. Путем применения определенных математических операций из этой функции могут быть выведены статистические законы для результатов наблюдений, получаемых при определенных условиях. Следует, однако, признать, что мы имеем здесь дело с чисто символическим приемом, однозначная физическая интерпретация которого требует в последнем счете ссылки на определенную экспериментальную установку. Неучет этого обстоятельства приводил иногда к недоразумениям. В частности, применение таких выражений, как “наблюдение возмущает явление” или “измерение создает физические атрибуты объектов”, едва ли совместно с общепринятым значением употребляемых терминов и с обычным словоупотреблением.

В связи с этим поднимался даже вопрос, не следует ли в целях более точного представления сложившейся ситуации прибегнуть к многозначной логике. Предыдущие рассуждения показывают, однако, что какие бы то ни было отклонения от общепринятого языка и обычной логики полностью устраняются, если употреблять слово “явление” только в смысле чего-то такого, о чем возможно однозначным образом информировать; слово “измерение” должно при этом употребляться в своем прямом смысле количественного сравнения (сравнения с эталоном). Такая осторожность в выборе терминологии особенно важна при исследованиях в новой области, где информация не может быть заключена в

145

привычную схему, нашедшую столь широкое применение в классической физике.

Только имея все это в виду” можно убедиться в том, что квантовая механика удовлетворяет в отношении своей непротиворечивости и полноты всем требованиям, какие можно предъявить к рациональному объяснению. Так, для непротиворечивого толкования аппарата квантовой механики существенно исходить из отсчетов, делаемых на приборах при вполне определенных условиях опыта. Этот упор на конкретные отсчеты приборов становится на место основной предпосылки классического физического описания, согласно которой каждое звено в причинной цепи событий допускает в принципе непосредственную проверку. Полнота же описания, подобная той, к какой стремилась классическая физика, достигается принципиальной возможностью принимать во внимание все мыслимые экспериментальные установки.

Разумеется, такого рода рассуждения вовсе не означают, что атомная физика не принесет нам больше ничего нового в отношении экспериментальных открытий и математических средств для их описания и понимания. В самом деле, весьма возможно, что для объяснения новых закономерностей, открывающихся при исследовании атомных процессов весьма большой энергии, потребуется ввести в математический аппарат дальнейшие абстракции. Решающим является, однако, то обстоятельство, что при этом не может быть и речи о возвращении к такому способу описания, которое в большей степени шло бы навстречу привычным требованиям наглядного модельного представления связи между причиной и следствием.

Тот факт, что квантовые закономерности не могут быть проанализированы в классическом духе, обусловливает, как мы видели, необходимость ввести при описании того, что мы узнаём посредством опыта, логическое различие между измерительными приборами и атомными объектами,—различие, принципиально исключающее возможность исчерпывающего детерминистского описания. Резюмируя, можно сказать, что более широкие рамки дополнительности отнюдь не означают произвольного отказа от идеала причинности. Понятие дополнительности непосредственно выражает наше положение в вопросе об отображении фундаментальных

146

свойств материи, которые считались подлежащими классическому физическому описанию, но оказались вне пределов его применимости.

При всех различиях в ситуациях, характерных для применений понятий относительности и дополнительности, эти ситуации представляют в гносеологическом отношении значительное сходство. В самом деле, в обоих случаях мы имеем дело с исследованием закономерностей, которые не могут быть охвачены наглядными представлениями, пригодными для отображения физических фактов в более ограниченной области. Решающим является, однако, то обстоятельство, что ни в одном из этих случаев расширение рамок наших понятий не предполагает какой-либо ссылки на наблюдающий субъект (эта ссылка была бы препятствием для однозначной передачи опытных фактов).

В рассуждениях теории относительности такая объективность обеспечивается учетом зависимости явлений от системы отсчета наблюдателя, тогда как в дополнительном описании какая-либо субъективность исключается благодаря учету тех обстоятельств, которые делают однозначным применение наших первичных понятий.

В общефилософском аспекте знаменательно здесь то, что в отношении анализа и синтеза в других областях знания мы встречаемся с ситуациями, напоминающими ситуацию в квантовой физике. Так, цельность живых организмов и характеристики людей, обладающих сознанием, а также и человеческих культур представляют черты целостности, отображение которых требует типично дополнительного способа описания. Передача опытных фактов в этих обширных областях знания требует богатого словаря, а из-за того, что словам иногда придается различный смысл, и прежде всего из-за различия в принятых в философской литературе толкованиях понятия причинности, цель такого рода сопоставлений часто понималась превратно. Но постепенно развитие терминологии, пригодной для описания более простой ситуации в области физики, показывает, что мы имеем здесь дело не с более или менее туманными аналогиями, а с отчетливыми примерами логических связей, которые в разных контекстах встречаются в более широких областях знания.

147

Бор Н. Квантовая механика и физическая реальность// Избр.

науч. труды. - М.: Наука, 1971, т.2. - С.139-147.

studfiles.net

Философия природы и квантовая физика : Портал Богослов.Ru

21 ноября 2008 г.

Философию природы можно рассматривать как отличительную точку зрения на материю, пространство и время, чувственную реальность. Исторически наука и философия природы были настолько тесно связаны друг с другом, что рождение современной науки приобрело некоторые черты разрыва длительного брака. С развитием науки аристотелевская картина мироздания стала рушиться. Открытия Коперника и Галилея показали, что космологическая система Аристотеля оказалась неверной. Его теория зависимости скорости падения тел от веса была опровергнута экспериментами. Поскольку физика Аристотеля была связана с философией природы, ученые отвергли и ту и другую. Они стали полагать, что все процессы в мире могут быть выражены исключительно в математических формулах. Их аргументы казались настолько сильными, а открытия, которые они сделали настолько убедительными, что философы стали полагать, что свойства вещей, изучаемые в философии природы, не позволяют нам получить какое-либо ценное знание материальной реальности. Объективным является лишь то, что может быть проверено и измерено. То, что не может удовлетворять этому критерию, должно быть отнесено к области субъективного. Вопрос «как» был заменен вопросом «что» или «почему».

Однако стремительное развитие теоретической физики в XX веке, и особенно таких областей, как квантовая механика, а также стремление к осмыслению данных науки, осознание ограниченности научного познания мира привело к возрождению интереса к философии природы. Норберт Люйтен замечает: «Философия природы нацелена на достижение понимания вещей, в то время как наука обеспечивает лишь функциональное понимание. Если отвергнуть спонтанный опыт вещей как отправную точку философской рефлексии, то следует подвергнуть сомнению все существующее знание, что приведет нас к скептицизму. Философия природы стремится достигнуть разумного понимания вещей, знания, которое отличается от функционального понимания, которое дают науки» [1].

Уже в начале XX века два выдающихся философа, Бергсон и Гуссерль, указали на относительное значение научного знания природы. Открытие энергии кванта, формулировка специальной и общей теорий относительности и рождение квантовой физики стали причиной падения классической теории пространства, детерминизма. Некоторые ученые даже начали говорить об атомах и частицах как символических представлениях, которые не являются вещами. Сейчас уже стало почти всеобщим убеждением среди философов науки, что научные теории каждый раз представляют гипотетические модели объяснения явлений: «Они дают образ мира с помощью определенных утверждений, которые не основаны только на наблюдаемых фактах, но являются также продуктом воображения»[3].

Дэвид Бом ввел концепцию целостности для рассмотрения нелокального аспекта элементарной материи: «В этой холистической интерпретации электроны рассматриваются не как отдельные независимые частицы, но как аспекты глобальной ситуации; они являются обнаружением информации, приходящей к ним от целого» [4]. Согласно другим научным концепциям фундаментальная реальность материальных вещей состоит не из частиц, но из струн, в которых материальные субстанции заменяются функциями. Однако, как отмечает Доддс, «различные объяснения охватывают каждый раз лишь один аспект материи, но всеохватная теория никогда не будет достигнута» [5].

До середины XX в. считалось, что протоны, нейтроны и электроны неделимы и являются основными строительными блоками материи. Впрочем, в результате экспериментов на ускорителях высоких энергий в 1950-1960 гг. были открыты многие другие виды частиц, также имеющих массу, заряд и спин. Дальнейшие исследования побудили ученых предположить о существовании кварков, ещё более мелких частиц, составляющих элементарные частицы. Однако свойство их таково, что они не могут существовать свободно [6]. К примеру, сам протон состоит из 3-х кварков, но чтобы отделить их друг от друга, необходимо большое количество энергии, а в результате появляются новые кварки и новые протоны, другие частицы. Как замечает Йен Барбур, «кварки - это частицы, которые, по-видимому, могут существовать только в рамках целого»[7].

Если рассматривать атом гелия, то классическая физика видела в нём раздельные компоненты: ядро, состоящее из 2-х протонов и 2-х нейтронов, вокруг которого вращаются электроны. Однако квантовая теория рассматривает атом гелия как целое, в котором нет различимых частей. Волновая функция атома не является суммой волновых функций элементарных частиц, входящих в него. По принципу Паули, определяющему таблицу химических элементов, два электрона в атоме не могут находиться в одинаковом энергетическом состоянии: «Связанный электрон - это состояние системы, а не независимая единица»[8].

Такая зависимость частей от целого наблюдается и на более высоком уровне: энергетическое состояние атомов в кристаллической решётке, групповое взаимодействие магнитных доменов при охлаждении металла, «кооперативное» поведение электронов при сверхпроводимости. Здесь законы системы невозможно вывести из законов составляющих. «Существование любого объекта определяется его взаимодействием с другим и его участием в более общих системах. Без подобных холистических квантовых явлений не было бы ни химических свойств... ни ядерной энергии, ни жизни»[9].

Любой фундаментальный компонент, о котором мы говорим, будь то: кварки, электроны, атомы, молекулы или живые клетки — всегда способен изменяться и становиться чем-то иным. Кварки, возможность отдельного существования которых до сих пор остается под вопросом, могут становиться протонами или другими частицами. Электрон может становиться частью атома. Атом может становиться частью соединения. Клетка, которая существует как часть собаки, перестает быть собакой и становится чем-то иным, если она отделена от этого организма. Доддс заключает: «Если все эти субстанции являются субстанциями, которые становятся другими субстанциями, следовательно, должен быть некоторый более фундаментальный принцип, который сохраняется при таких изменениях»[11]. Уильям Уоллес описывает это как «радикальную неопределенность в корне всех естественных изменений»[12].

Как отмечает Стивен Балднер, в философии Аристотеля первоматерия подразумевает нечто существенно отличное от того, что ученые называют материей[13]. «Materia prima не есть сам материал, который существует, но фактор, благодаря которому вещи являются телами; это ни бытие, ни небытие, но компонент материальных субстанций, который объясняет их изменяемость. С концепцией первоматерии мы подходим к самому глубокому нижнему уровню реальности. Ее ценность заключается в том, что она объясняет субстанциальные изменения в мире»[14]. Аристотель говорит о ней как о предельном материальном компоненте естественных сущностей, или протоматерии. Аристотель описывает ее как непосредственный материальный субстрат вещей, который имеет в себе принцип движения или изменения[15].

Понятие субстанциальной формы может быть применено к некоторым примерам причинности целого, которые открыла современная наука. Используя категории аристотелевской метафизики можно понять, почему часть может действовать внутри целого иначе, чем в изоляции. Если протоны, нейтроны и электроны в атоме натрия, например, действуют различным образом в составе атома и в изоляции, это происходит потому, что каждый атом существует не просто как элементарная частица, но как натрий. Уильям Уоллес: «Каждый (атом) есть интегральная часть целой субстанции: также как поведение электрона в атоме натрия диктуется не посредством формы электрона, как он может существовать вне атома, но посредством единой формы натрия, так поведение нейтрона внутри, скажем, в капельной модели ядра, диктуется не формой нейтрона, как он может существовать вне атома, но посредством формы натрия. Другими словами, природа натрия такова, что специфическая форма этого элемента действительно информирует протоматерию отличительным образом, как структуру его компонентов - ядро, его составляющие, орбитальные электроны - как интегральное целое, которое отвечает способом, характерным для натрия, на различные внешние влияния»[16].

Подобным образом 17 протонов, 18 или 20 нейтронов и 17 электронов атома хлора не действуют, как 52 или 54 несвязанные частицы, но как единое целое в соответствии с субстанциальной формой: отличительное свойство хлора - не его материальный состав, но скорее способ, с помощью которого расположены его компоненты. Однако, отмечает Доддс, «здесь подразумевается не просто структурное или искусственное расположение; скорее здесь подразумевается динамичное единство, которое определяет поведение каждого компонента атома не как независимой природы, но как части хлора»[17]. «Объединяющая или стабилизирующая форма дает специфическую идентичность элементу и так конституирует его естественную субстанцию в ее собственных правах»[18].

Для Гейзенберга неопределённость есть свойство природы. Гейзенберг восстановил аристотелевскую терминологию потенции и акта. «Всё, что мы наблюдаем в мире явлений, - говорил Аристотель, - представляет собой оформленную материю»[19]. Материя, следовательно, является реальностью не сама по себе, но представляет собой только возможность, «потенцию», она существует лишь благодаря форме. По мысли Аристотеля, материя не является каким-либо определённым веществом, как воздух, вода, огонь или даже пространство; она является тем «нечто», которое может перейти благодаря форме в актуально свершившееся. Атомная область есть область возможности, говорил Гейзенберг. Будущее событие не предрешено до тех пор, пока одна из диапазона возможностей не реализовалась. Когда учёный вторгается своим измерительным прибором в атомную систему, он вынуждает получение конкретного результата для актуализации из того, что было нечёткой областью возможностей. Так, он писал: «Переход от "возможности" к "действительности" происходит во время акта наблюдения» [20].

Полное взаимопревращение элементарных частиц в энергию и обратно побуждает Гейзенберга видеть в первоматерии Аристотеля «энергию» современной физики: «Таким образом, энергию можно считать основной субстанцией, первоматерией. Фактически она обладает существенным свойством, принадлежащим субстанции: она сохраняется»[21]. Благодаря энергии «актуализируется» частица в мире, благодаря ней в мире существуют изменения состояния.

Взаимные превращения частиц Гейзенберг считает неоспоримым доказательством единства материи: «Все элементарные частицы "сделаны" из одной и той же субстанции, из одного и того же материала, который мы можем назвать энергией, или универсальной материей; они - только различные формы, в которых может проявляться материя»[22]. Уравнение Шрёдингера, называемое Гейзенбергом «математическим уравнением всей материи»[23], имеет собственные решения - волновые функции, которые есть элементарные частицы. Поэтому Гейзенберг соглашается с Пифагором, сказавшим: «Все вещи суть числа». Для него «все элементарные частицы, в конечном счёте, суть математические формы, только гораздо более сложной и абстрактной природы»[24]. Они являются первообразами, идеями материи, которыми определяется всё происходящее[25]. Следует заметить, что не все философы согласны с Гейзенбергом в отождествлении первоматерии Аристотеля с энергией физики. Первоматерия Аристотеля более идеальна, чем даже энергия физики, она есть чистая потенциальность. Уильям Уоллес пишет: «Протоматерия есть предельный субстрат, основная потенция, которая лежит в основе действий природы»[26]. Протоматерия становится реальной вещью благодаря субстанциальной форме.

Квантовая механика поставила проблему реалистического видения мира. Такие исследователи, как Вольфганг Смит[27], Милош Лукашичек[28], Джеймс Эррей разрабатывают реалистическую интерпретацию квантовой механики, используя категории аристотелевской метафизики. В позднейших наблюдениях квантовой физики, связанных с так называемым явлением нелокальной связи, отмечается глубинная реальность, которая каким-то образом контролирует поведение частиц, наблюдаемых в определенных экспериментах: частицы остаются взаимодействующими со скоростью, превышающей скорость света, частицы, которые взаимодействовали ранее, остаются нераздельными посредством связи, которая не является ни материальной, ни энергетической. Джеймс Эррей отмечает: «Теорема Белла доказывает существование невидимой, глубоко нелокальной реальности. Открытие Белла может быть названо наиболее важным достижением в исследовании реальности со времени создания квантовой теории»[29].

Введение категорий аристотелевской метафизики для осмысления научных данных, несомненно, не является умалением научной работы. Но философия природы снабжает онтологическим основанием существование целого. Майкл Доддс заключает: «Если мы не боимся использовать старые понятия, мы можем сказать, что единство (целого) гарантируется формой в глубоко аристотелевском смысле этой концепции, которая является в то же самое время онтологическим критерием специфичности, фактором организации, и функциональной и окончательной согласованности»[30]. Междисциплинарная функция философии природы, по мнению Элдерса, состоит в том, что она должна дать анализ того, что мы наблюдаем: «Она имеет критическую задачу по отношению к утверждениям современных ученых и попыток устранить из мира замысел и уникальную роль человека в мире. В этом выделяется необходимая функция философии природы - она является анализом и осмыслением того, что мы наблюдаем и дает целостное осмысленное понимание мира, в котором мы живем»[31].

[1] Array J. Mystery of Matter // http://www.innerexplorations.com/catchmeta/mys9.htm. 25.04.2002. [2] Elders L. Modern Science and the Philosophy of Nature // http://www.nd.edu/Departments/Maritain/ti/elders.htm. 20.12.2002. [3] Elders L. Modern Science and the Philosophy of Nature // http://www.nd.edu/Departments/Maritain/ti/elders.htm. 20.12.2002. [4] Array J. Mystery of Matter // http://www.innerexplorations.com/catchmeta/mys9.htm. 25.04.2002. [5] Dodds M. J. Top Down, Bottom Up or Inside Out? Retrieving Aristotelian Causality in Contemporary Science// http://www.nd.edu/Departments/Maritain/ti/dodds.htm. 20.12.2002. [6] Барбур Иен. Религия и наука: история и современность. Библейско-богословский институт им. св. апостола Андрея. — М., 2000. — С.212. [7] Там же. [8] Там же. [9] Там же. — С. 213. •[10]Dodds M. J. Top Down, Bottom Up or Inside Out? Retrieving Aristotelian Causality in Contemporary Science// http://www.nd.edu/Departments/Maritain/ti/dodds.htm. 20.12.2002. •[11] Dodds M. J. Top Down, Bottom Up or Inside Out? Retrieving Aristotelian Causality in Contemporary Science// http://www.nd.edu/Departments/Maritain/ti/dodds.htm. 20.12.2002. •[12] Wallace W.A. The modelling of nature: philosophy of science and philosophy of nature in synthesis. Washington. The Catholic University of America Press, 1996. — P. 56. •[13] Baldner S. Sources of St. Thomas' Teaching on Prime Matter Or Albert and Thomas on Matter // http://www.nd.edu/Departments/Maritain/ti00/baldner.htm. 30.06.2002. •[14] Elders L. Modern Science and the Philosophy of Nature // http://www.nd.edu/Departments/Maritain/ti/elders.htm. 20.12.2002. •[15] Аристотель. Физика, 193а, 28-29. •[16] Wallace W.A. The modelling of nature: philosophy of science and philosophy of nature in synthesis. Washington. The Catholic University of America Press, 1996. – P. 56–57. •[17] Dodds M. J. Top Down, Bottom Up or Inside Out? Retrieving Aristotelian Causality in Contemporary Science// http://www.nd.edu/Departments/Maritain/ti/dodds.htm. 20.12.2002. •[18] Wallace W. A. The modelling of nature: philosophy of science and philosophy of nature in synthesis. – P. 48. •[19] Гейзенберг В. Физика и философия. Часть и целое. – М., Наука, 1989. – С. 89. •[20] The Soul of Science: Christian Faith and Natural Philosophy. Wheaton, Crossway Books, 1994. – P. 198. •[21] Гейзенберг В. Физика и философия. Часть и целое. – С. 35. •[22] Там же. – С. 98. •[23] Там же. – С. 37. •[24] Там же. – С. 36. •[25] Там же. – С. 350. •[26] Wallace W.A. Is Nature Accessible to the Mathematical Physicist? //http://www.nd.edu/Departments/Maritain/ti98/wallace.htm. 20.12.2002. •[27] Smith W. From Schrödinger's Cat to Thomistic Ontology // http://www.nd.edu/Departments/Maritain/ti98/smith.htm. 20.12.2002. •[28] Lokajicek M. Quantum mechanics and realistic view of nature // http://www.nd.edu/Departments/Maritain/ti/lokajice.htm. 20.12.2002. •[29] Array J. Mystery of Matter// http://www.innerexplorations.com/catchmeta/mys9.htm. 25.04.2002. •[30] Dodds M. J. Top Down, Bottom Up or Inside Out? Retrieving Aristotelian Causality in Contemporary Science// http://www.nd.edu/Departments/Maritain/ti/dodds.htm. 20.12.2002. [31] Elders L. Modern Science and the Philosophy of Nature // http://www.nd.edu/Departments/Maritain/ti/elders.htm. 20.12.2002.

www.bogoslov.ru

Нильс Бор - Квантовая физика и философия

Квантовая физика и философия1959

Значение физических наук для философии состоит не только в том, что они все время пополняют сумму наших знаний о неодушевленной материи, но и прежде всего в том, что они позволяют подвергнуть проверке те основания, на которых покоятся наши самые первичные понятия, и выяснить область их применимости. Накопление экспериментальных данных и развитие теоретических понятий, несомненно, приводят к усовершенствованиям в терминологии. Тем не менее, всякое описание физических результатов основано в конечном счете на обычном языке, приспособленном к тому, чтобы разбираться в окружающем и прослеживать связи между причинами и следствиями. Галилеева программа, согласно которой описание физических явлений должно опираться на величины, имеющие количественную меру, дала прочные основы для упорядочения опытных данных во все более и более широкой области. В ньютоновой механике состояние системы материальных тел определяется их мгновенными положениями н скоростями. Если известно состояние системы в данный момент времени и если известны силы, действующие на тела, то в ньютоновой механике оказывается возможным, применяя хорошо известные простые законы, определить единственно из этих данных состояние системы во всякий другой момент времени. Описание такого рода представляет, очевидно, идеальную форму причинной связи, соответствующую понятию детерминизма. Выяснилось, что такое описание применимо и в более широкой области. Так, при отображении электромагнитных явлений, где приходится рассматривать распространение сил с конечными скоростями, оказалось возможным сохранить детерминистское описание, включив в понятие состояния не только положения и скорости заряженных частиц, но и задаваемые по величине и по направлению электрические и магнитные силы в каждой точке пространства в рассматриваемый момент времени. В этом отношении положение вещей не изменилось существенным образом в результате признания того, что описание физических явлений в определенной мере зависит от системы отсчета, избранной наблюдателем. Признание этого обстоятельства составляет содержание понятия относительности. Мы имеем здесь дело с чрезвычайно плодотворным научным направлением, которое позволило формулировать физические законы, общие для всех наблюдателей, и связать явления, представлявшиеся прежде несвязанными. Хотя в этих формулировках применяются математические абстракции, такие, как четырехмерная неевклидова метрика, физическое толкование для каждого данного наблюдателя основано на обычном отделении пространства от времени, причем сохраняется детерминистский характер описания. Сверх того, как было указано Эйнштейном, соответствующая различным наблюдателям координация событий в пространстве и времени такова, что она никогда не заменяет данную причинную последовательность событий на обратную. Поэтому теория относительности не только расширила область применимости, но и укрепила основы детерминистского описания, являющегося характерным для того величественного здания, которое именуется классической физикой. С открытием Планком элементарного кванта действия началась, однако, новая эпоха в физических науках. Это открытие обнаружило свойственную атомным процессам черту цельности, идущую гораздо дальше старой идеи об ограниченной делимости материи. Стало ясно, что свойственное классическим физическим теориям наглядное картинное описание представляет идеализацию, применимую только к явлениям, которые удовлетворяют условию, что все величины размерности действия, встречающиеся в их анализе, настолько велики, что по сравнению с ними квантом действия можно пренебречь. В явлениях обычного масштаба это условие выполняется с избытком; напротив, в опытных данных, относящихся к атомным частицам, мы наталкиваемся на закономерности нового типа, не поддающиеся детерминистскому анализу. Эти квантовые законы обусловливают замечательную устойчивость атомных систем и определяют их реакции; тем самым они в конечном счете ответственны и за те свойства материи, от которых зависят наши способы наблюдения. Задача, с которой столкнулись физики, состояла, таким образом, в том, чтобы рациональным образом обобщить классическую физику, гармонически включив в нее квант действия. После предварительного исследо-вания полученных из опыта данных, произведенного более грубыми методами, эта трудная задача была в конце концов решена путем введения надлежащих математических абстракций. Так, в аппарате квантовой механики на месте величин, характеризующих в обычной механике состояние физической системы, выступают символические операторы, подчиненные некоммутативному правилу умножения, содержащему постоянную Планка. Эта формулировка предотвращает фиксирование такого рода величин с точностью, потребной для детерминистического описания, принятого в классической физике, но вместе с тем позволяет находить спектральное распределение этих величин в соответствии с данными об атомных процессах. Сообразно его не-модель-ному характеру, физическое толкование математического аппарата находит свое выражение в законах существенно статистического (вероятностного) типа, относящихся к результатам наблюдений, полученным в данных экспериментальных условиях. Несмотря на то, что квантовая механика представляет могущественное средство для упорядочения огромного экспериментального материала, относящегося к атомным объектам, тот факт, что она так сильно отклоняется от привычных требований причинного объяснения явлений, естественно, дал повод поставить вопрос, действительно ли мы имеем здесь дело с полным описанием того, что дает опыт. Для ответа на этот вопрос, очевидно, требуется тщательное рассмотрение условий, необходимых для однозначного применения понятий классической физики к анализу атомных явлений. Решающим является здесь признание того положения, что описание экспериментальной установки и результатов наблюдений должно производиться на понятном языке, надлежащим образом усовершенствованном путем применения обычной физической терминологии. Это есть просто требование логики, так как под словом "эксперимент" мы можем разуметь единственно только процедуру, о которой мы можем сообщить другим, что нами проделано и что мы узнали. В действительных экспериментальных установках выполнение такого рода требований обеспечивается тем, что в качестве измерительных приборов применяются твердые тела, достаточно тяжелые, чтобы можно было характеризовать их относительные положения и скорости чисто классическим образом. В связи с этим существенно иметь также в виду, что всякая однозначная информация об атомных объектах выводится из положения неисчезающих отметок на телах, определяющих экспериментальные условия, - отметок, подобных пятну на фотографической пластинке, вызванному ударом электрона. Необратимые усилительные эффекты, на которых основана регистрация наличия атомных объектов, не вносят при этом никаких особых затруднений, а только напоминают нам о том, что самое понятие наблюдения связано с существенной необратимостью. Описание атомных явлений имеет в этом отношении совершенно объективный характер, в том смысле, что оно обходится без явной ссылки на какого-либо индивидуального наблюдателя; по этой же причине передача информации не связана с какой-либо неоднозначностью, если только учитывать требования теории относительности. Во всех этих отношениях проблема наблюдения в квантовой физике ни в какой мере не отличается от классического физического подхода. Существенно новой чертой анализа квантовых явлений является, однако, то, что вводится фундаментальное различие между измерительным прибором и изучаемыми объектами. Оно представляет прямое следствие необходимости описывать работу измерительных приборов на языке классической физики, не вводя явным образом кванта действия. С другой стороны, квантовые черты явления содержатся в выводимой из наблюдений информации об атомных объектах. В то время как в классической физике взаимодействием между объектом и прибором можно пренебречь или, если надо, можно его компенсировать, в квантовой физике это взаимодействие составляет нераздельную часть явления. Сообразно этому, однозначное описание собственно квантового явления должно, в принципе, включать описание всех существенных частей экспериментальной установки. Повторение одного и того же опыта, характеризуемого как описано выше, дает, вообще говоря, разные отсчеты, относящиеся к объекту; этот факт непосредственно приводит к выводу, что обобщающая формулировка полученных из опыта результатов в этой области должна выражаться в форме статистических (вероятностных) законов. Едва ли нужно особо подчеркивать, что мы имеем здесь дело отнюдь не с чем-либо аналогичным обычному применению статистики к описанию физических систем, чересчур сложных для того, чтобы можно было практически дать полное определение их состояния, достаточное для детерминистского описания. Такое описание подразумевает возможность неограниченно подразделять и детализировать события, тогда как в случае квантовых явлений эта возможность принципиально исключается в силу требования конкретно указывать экспериментальные условия. В самом деле, типичная для собственно квантовых явлений черта цельности находит свое логическое выражение в том обстоятельстве, что всякая попытка определенным образом подразделить данное явление потребовала бы изменения в экспериментальной установке, - изменения, несовместного с определением данного явления. В области применимости классической физики все стороны и свойства данного объекта могут быть в принципе обнаружены при помощи одной экспериментальной установки, хотя на практике часто бывает удобно применять для изучения разных сторон явления разные установки. В самом деле, полученные таким путем данные просто складываются и могут быть скомбинированы в одну связную картину поведения изучаемого объекта. Напротив, в квантовой физике данные об атомных объектах, полученные при помощи разных экспериментальных установок, находятся в своеобразном дополнительном отношении друг к другу. Действительно, следует признать, что такого рода данные, хотя и кажутся противоречащими друг другу при попытке скомбинировать их в одну картину, на самом деле исчерпывают все, что мы можем узнать о предмете. Отнюдь не ограничивая наши стремления задавать природе вопросы в форме экспериментов, понятие дополнительности просто характеризует возможные ответы, получаемые в результате такого исследования в том случае, когда взаимодействие между измерительным прибором и объектом составляет нераздельную часть явления. Разумеется, классическое описание экспериментальной установки и необратимость отсчетов, относящихся к атомному объекту, обеспечивают последовательность между причиной и следствием в соответствии с очевидным и элементарным требованием причинности. В то же время окончательный отказ от классического идеала детерминизма находит себе яркое выражение в соотношениях дополнительности, представляющих условия для однозначного применения основных понятий, безусловное и неограниченное применение которых составляет основу классического описания. В самом деле, для констатации наличия атомной частицы в ограниченной области пространства и времени требуется экспериментальное устройство, связанное с переносом количества движения и энергии к телам, подобным неподвижным масштабам и синхронно идущим часам; а этот перенос не может быть включен в описание работы упомянутых приборов без отказа от их пригодности к выполнению их роли фиксировать систему отсчета. Обратно, всякое строгое применение к атомным процессам законов сохранения количества движения и энергии предполагает в принципе отказ от детальной локализации частиц в пространстве и времени. Эти обстоятельства находят себе количественное выражение в соотношениях неопределенности Гейзенберга. Последние дают связь (обратную пропорциональность) между неточностями допустимого в квантовой механике фиксирования тех кинематических и динамических переменных, которыми в классической механике определяется состояние физической системы. Действительно. некоммутативность математических символов, которыми в аппарате квантовой механики представлены эти переменные, соответствует несовместимости экспериментальных установок, необходимых для их однозначного определения. В связи с этим заметим, что мы, очевидно, имеем здесь дело не с ограничениями точности измерений, а с ограниченной применимостью пространственно-временных понятий и динамических законов сохранения; эта ограниченная применимость связана с необходимостью проводить различие между измерительными приборами и атомными объектами. При рассмотрении задач атомной физики для выполнения конкретных вычислений удобнее всего пользоваться шредингеровской функцией состояния. Путем применения определенных математических операций из этой функции могут быть выведены статистические законы для результатов наблюдений, получаемых при определенных условиях. Следует, однако, признать, что мы имеем здесь дело с чисто символическим приемом, однозначная физическая интерпретация которого требует в последнем счете ссылки на определенную экспериментальную установку. Неучет этого обстоятельства приводил иногда к недоразумениям. В частности, применение таких выражений, как "наблюдение возмущает явление" или "измерение создает физические атрибуты объектов", едва ли совместно с общепринятым значением употребляемых терминов и с обычным словоупотреблением. В связи с этим поднимался даже вопрос, не следует ли в целях более точного представления сложившейся ситуации прибегнуть к многозначной логике. Предыдущие рассуждения показывают, однако, что какие бы то ни было отклонения от общепринятого языка и обычной логики полностью устраняются, если употреблять слово "явление" только в смысле чего-то такого, о чем возможно однозначным образом информировать; слово "измерение" должно при этом употребляться в своем прямом смысле количественного сравнения (сравнения с эталоном). Такая осторожность в выборе терминологии особенно важна при исследованиях в новой области, где информация не может быть заключена в привычную схему, нашедшую столь широкое применение в классической физике. Только имея все это в виду, можно убедиться в том, что квантовая механика удовлетворяет в отношении своей непротиворечивости и полноты всем требованиям, какие можно предъявить к рациональному объяснению. Так, для непротиворечивого толкования аппарата квантовой механики существенно исходить из отсчетов, делаемых на приборах при вполне определенных условиях опыта. Этот упор на конкретные отсчеты приборов становится на место основной предпосылки классического физического описания, согласно которой каждое звено в причинной цепи событий допускает в принципе непосредственную проверку. Полнота же описания, подобная той, к какой стремилась классическая физика, достигается принципиальной возможностью принимать во внимание все мыслимые экспериментальные установки. Разумеется, такого рода рассуждения вовсе не означают, что атомная физика не принесет нам больше ничего нового в отношении экспериментальных открытий и математических средств для их описания и понимания. В самом деле, весьма возможно, что для объяснения новых закономерностей, открывающихся при исследовании атомных процессов весьма большой энергии, потребуется ввести в математический аппарат дальнейшие абстракции. Решающим является, однако, то обстоятельство, что при этом не может быть и речи о возвращении к такому способу описания, которое в большей степени шло бы навстречу привычным требованиям наглядного модельного представления связи между причиной и следствием. Тот факт, что квантовые закономерности не могут быть проанализированы в классическом духе, обусловливает, как мы видели, необходимость ввести при описании того, что мы узнаем посредством опыта, логическое различие между измерительными приборами и атомными объектами, - различие, принципиально исключающее возможность исчерпывающего детерминистского описания. Резюмируя, можно сказать, что более широкие рамки дополнительности отнюдь не означают произвольного отказа от идеала причинности. Понятие дополнительности непосредственно выражает наше положение в вопросе об отображении фундаментальных свойств материи, которые считались подлежащими классическому физическому описанию, но оказались вне пределов его применимости. При всех различиях в ситуациях, характерных для применений понятий относительности и дополнительности, эти ситуации представляют в гносеологическом отношении значительное сходство. В самом деле, в обоих случаях мы имеем дело с исследованием закономерностей, которые не могут быть охвачены наглядными представлениями, пригодными для отображения физических фактов в более ограниченной области. Решающим является, однако, то обстоятельство, что ни в одном из этих случаев расширение рамок наших понятий не предполагает какой-либо ссылки на наблюдающий субъект (эта ссылка была бы препятствием для однозначной передачи опытных фактов). В рассуждениях теории относительности такая объективность обеспечивается учетом зависимости явлений от системы отсчета наблюдателя, тогда как в дополнительном описании какая-либо субъективность исключается благодаря учету тех обстоятельств, которые делают однозначным применение наших первичных понятий. В общефилософском аспекте знаменательно здесь то, что в отношении анализа и синтеза в других областях знания мы встречаемся с ситуациями, напоминающими ситуацию в квантовой физике. Так, цельность живых организмов и характеристики людей, обладающих сознанием, а также и человеческих культур представляют черты целостности, отображение которых требует типично дополнительного способа описания. Передача опытных фактов в этих обширных областях знания требует богатого словаря, а из-за того, что словам иногда придается различный смысл, и прежде всего из-за различия в принятых в философской литературе толкованиях понятия причинности, цель такого рода сопоставлений часто понималась превратно. Но постепенно развитие терминологии, пригодной для описания более простой ситуации в области физики, показывает, что мы имеем здесь дело не с более или менее туманными аналогиями, а с отчетливыми примерами логических связей, которые в разных контекстах встречаются в более широких областях знания.

Используются технологии uCoz

phys-i.narod.ru

Нильс Бор. Квантовая физика и философия

В ньютоновой механике состояние системы материальных тел определяется их мгновенными положениями и скоростями. Если известно состояние системы в данный момент времени и если известны силы, действующие на тела, то в ньютоновой механике оказывается возможным, применяя хорошо известные простые законы, определить единственно из этих данных состояние системы во всякий другой момент времени. Описание такого рода представляет, очевидно, идеальную форму причинной связи, соответствующую понятию детерминизма. Выяснилось, что такое описание применимо и в более широкой области. Так, при отображении электромагнитных явлений, где приходится рассматривать распространение сил с конечными скоростями, оказалось возможным сохранить детерминистское описание, включив в понятие состояния не только положения и скорости заряженных частиц, но и задаваемые по величине и по направлению электрические и магнитные силы в каждой точке пространства в рассматриваемый момент времени.

В этом отношении положение вещей не изменилось существенным образом в результате признания того, что описание физических явлений в определенной мере зависит от системы отсчета, избранной наблюдателем. Признание этого обстоятельства составляет содержание понятия относительности. Мы имеем здесь дело с чрезвычайно плодотворным научным направлением, которое позволило формулировать физическиезаконы, общие для всех наблюдателей, и связать явления, представлявшиеся прежде несвязанными. Хотя в этих формулировках применяются, математические абстракции, такие, как четырехмерная неевклидова метрика, физическое толкование для каждого данного наблюдателя основано на обычном отделении пространства от времени, причем сохраняется детерминистский характер описания. Сверх того, как было указано Эйнштейном, соответствующая различным наблюдателям координация событий в пространстве и времени такова, что она никогда не заменяет данную причинную последовательность событий на обратную. Поэтому теория относительности не только расширила область применимости, но и укрепила основы детерминистского описания, являющегося характерным для того величественного здания, которое именуется классической физикой.

С открытием Планком элементарного кванта действия началась, однако, новая эпоха в физических науках. Это открытие обнаружило свойственную атомным процессам черту цельности, идущую гораздо дальше старой идеи об ограниченной делимости материи. Стало ясно, что свойственное классическим физическим теориям наглядное картинное описание представляет идеализацию, применимую только к явлениям, которые удовлетворяют условию, что все величины размерности действия, встречающиеся в их анализе, настолько велики, что по сравнению с ними квантом действия можно пренебречь. В явлениях обычного масштаба это условие выполняется с избытком; напротив, в опытных данных, относящихся к атомным частицам, мы наталкиваемся на закономерности нового типа, не поддающиеся детерминистскому анализу. Эти квантовые законы обусловливают замечательную устойчивость атомных систем и определяют их реакции; тем самым они в конечном счете ответственны и за те свойства материи, от которых зависят наши способы наблюдения.

Задача, с которой столкнулись физики, состояла, таким образом, в том, чтобы рациональным образом обобщить классическую физику, гармонически включив в нее квант действия. После предварительного исследования полученных из опыта данных, произведенного более грубыми методами, эта трудная задача была в конце концов решена путем введения надлежащих математических абстракций. Так, в аппарате квантовой механики на месте величин, характеризующих в обычной механике состояние физической системы, выступают символические операторы, подчиненные некоммутативному правилу умножения, содержащему на самом деле исчерпывают все, что мы можем узнать о предмете. Отнюдь не ограничивая наши стремления задавать природе вопросы в форме экспериментов, понятие дополнительности просто характеризует возможные ответы, получаемые в результате такого исследования в том случае, когда взаимодействие между измерительным прибором и объектом составляет нераздельную часть явления.

Разумеется, классическое описание экспериментальной установки и необратимость отсчетов, относящихся к атомному объекту, обеспечивают последовательность между причиной и следствием в соответствии с очевидным и элементарным требованием причинности. В то же время окончательный отказ от классического идеала детерминизма находит себе яркое выражение в соотношениях дополнительности, представляющих условия для однозначного применения основных понятий, безусловное и неограниченное применение которых составляет основу классического описания. В самом деле, для констатации наличия атомной частицы в ограниченной области пространства и времени требуется экспериментальное устройство, связанное с переносом количества движения и энергии к телам, подобным неподвижным масштабам и синхронно идущим часам; а этот перенос не может быть включен в описание работы упомянутых приборов без отказа от их пригодности к выполнению их роли фиксировать систему отсчета. Обратно, всякое строгое применение к атомным процессам законов сохранения количества движения и энергии предполагает в принципе отказ от детальной локализации частиц в пространстве и времени.

Эти обстоятельства находят себе количественное выражение в соотношениях неопределенности Гейзенберга. Последние дают связь (обратную пропорциональность) между неточностями допустимого в квантовой механике фиксирования тех кинематических и динамических переменных, которыми в классической механике определяется состояние физической системы. Действительно, некоммутативность математических символов, которыми в аппарате квантовой механики представлены эти переменные, соответствует несовместимости экспериментальных установок, необходимых для их однозначного определения. В связи с этим заметим, что мы, очевидно, имеем здесь дело не с ограничениями точности измерений, а с ограниченной применимостью пространственновременных понятий и динамических законов сохранения; эта ограниченная применимость связана с необходимостью проводить различие между измерительными приборами и атомными объектами.

При рассмотрении задач атомной физики для выполнения конкретных вычислений удобнее всего пользоваться шредингеровской функцией состояния. Путем применения определенных математических операций из этой функции могут быть выведены статистические законы для результатов наблюдений, получаемых при определенных условиях. Следует, однако, признать, что мы имеем здесь дело с чисто символическим приемом, однозначная физическая интерпретация которого требует в последнем счете ссылки на определенную экспериментальную установку. Неучет этого обстоятельства приводил иногда к недоразумениям. В частности, применение таких выражений, как «наблюдение возмущает явление» или «измерение создает физические атрибуты объектов», едва ли совместно с общепринятым значением употребляемых терминов и с обычным словоупотреблением.

В связи с этим поднимался даже вопрос, не следует ли в целях более точного представления сложившейся ситуации прибегнуть к многозначной логике. Предыдущие рассуждения показывают, однако, что какие бы то ни было отклонения от общепринятого языка и обычной логики полностью устраняются, если употреблять слово «явление» только в смысле чегото такого, о чем возможно однозначным образом информировать; слово «измерение» должно при этом употребляться в своем прямом смысле количественного сравнения (сравнения с эталоном). Такая осторожность в выборе терминологии особенно важна при исследованиях в новой области, где информация не может быть заключена в привычную схему, нашедшую столь широкое применение в классической физике.

Только имея все это в виду, можно убедиться в том, что квантовая механика удовлетворяет в отношении своей непротиворечивости и полноты всем требованиям, какие можно предъявить к рациональному объяснению. Так, для непротиворечивого толкования аппарата квантовой механики существенно исходить из отсчетов, делаемых на приборах при вполне определенных условиях опыта. Этот упор на конкретные отсчеты приборов становится на место основной предпосылки классического физического описания, согласно которой каждое звено в причинной цепи событий допускает в принципе непосредственную проверку. Полнота же описания, подобная той, к какой стремилась классическая физика, достигается принципиальной возможностью принимать во внимание все мыслимые экспериментальные установки.

Тот факт, что квантовые закономерности не могут быть проанализированы в классическом духе, обусловливает, как мы видели, необходимость ввести при описании того, что мы узнаем посредством опыта, логическое различие между измерительными приборами и атомными объектами, различие, принципиально исключающее возможность исчерпывающего детерминистского описания. Резюмируя, можно сказать, что более широкие рамки дополнительности отнюдь не означают произвольного отказа от идеала причинности. Понятие дополнительности непосредственно выражает наше положение в вопросе об отображении фундаментальных свойств материи, которые считались подлежащими классическому физическому описанию, но оказались вне пределов его применимости.

При всех различиях в ситуациях, характерных для применений понятий относительности и дополнительности, эти ситуации представляют в гносеологическом отношении значительное сходство. В самом деле, в обоих случаях мы имеем дело с исследованием закономерностей, которые не могут быть охвачены наглядными представлениями, пригодными для отображения физических фактов в более ограниченной области. Решающим является, однако, то обстоятельство, что ни в одном из этих случаев расширение рамок наших понятий не предполагает какойлибо ссылки на наблюдающий субъект (эта ссылка была бы препятствием для однозначной передачи опытных фактов).

В общефилософском аспекте знаменательно здесь то, что в отношении анализа и синтеза в других областях знания мы встречаемся с ситуациями, напоминающими ситуацию в квантовой физике. Так, цельность живых организмов и характеристики людей, обладающих сознанием, а также и человеческих культур представляют черты целостности, отображение которых требует типично дополнительного способа описания. Передача опытных фактов в этих обширных областях знания требует богатого словаря, а изза того, что словам иногда придается различный смысл и прежде всего из-за различия в принятых в философской литературе толкованиях понятия причинности, цель такого рода сопоставлений часто понималась превратно. Но постепенно развитие терминологии, пригодной для описания более простой ситуации в области физики, показывает, что мы имеем здесь дело не с более или менее туманными аналогиями, а с отчетливыми примерами логических связей, которые в разных контекстах встречаются в более широких областях знания.

Нильс Бор. Избранные научные труды. Т. II. М.: Наука, 1971. – С 526-532.

Используются технологии uCoz

alexandr4784.narod.ru