Аркадий Лукьянов - Историко-критическое введение в философию естествознания

• Название: Историко-критическое введение в философию естествознания
• Автор: Аркадий Лукьянов
• Жанр: Философия

---

Принцип дополнительности. По свидетельству В. Гейзенберга, основы идеи дополнительности выкристаллизовались у Н. Бора в начале 1927 года, во время отдыха в Норвегии, после нескольких месяцев изнурительной работы. Первым публичным изложением концепции дополнительности была лекция Бора, прочитанная 16 сентября 1927 года на Международном физическом конгрессе в Комо (Италия), посвящённом памяти Вольта.

Бор констатировал, что использование классических физических представлений в атомной физике является ограниченным. Данное обстоятельство породило стремление совершенно избавиться от классических понятий и образов. Однако Бор не сомневался в том, что "интерпретация эмпирического материала в существенном покоится именно на применении классических понятий" (Бор Н. Квантовый постулат и новейшее развитие атомной теории //Избр. науч. труды. Т. 2. - М., 1971. - С. 30). Таким образом, отказываться от классических понятий нельзя, и в то же время применяться они должны не во всей полноте.

В ходе долгих размышлений Бор пришёл к необходимости расщепления единого классического описания микромира на два дополняющих и исключающих друг друга. Это обоснование опирается на два исходных пункта: во-первых, на так называемый квантовый постулат, а во-вторых, на подчинение квантовому постулату процессов наблюдения атомных явлений (См.: Алексеев И.С. Концепция дополнительности: историко-методологический анализ. - М.: Наука, 1978. - С. 17).

Согласно квантовому постулату, "каждому атомному процессу свойственна существенная прерывность или, скорее, индивидуальность, совершенно чуждая классической теории и выраженная планковским квантом действия" (Бор Н. Квантовый постулат и новейшее развитие атомной теории //Там же. - С. 30). По мнению Бора, обычное (классическое) описание природы "покоится всецело на предпосылке, что рассматриваемое явление можно наблюдать, не оказывая на него заметного влияния" (Там же. - С. 31). Совсем другое дело, когда мы описываем квантовый мир. "Согласно квантовому постулату, всякое наблюдение атомных явлений включает такое взаимодействие последних со средствами наблюдения, которым нельзя пренебречь" (Там же). А поскольку взаимодействие наблюдаемых микрообъектов и средств наблюдения имеет неделимый характер, то ни явления, ни средства наблюдения не обладают статусом самостоятельной реальности.

"Итак, классические понятия пространственных координат и времени... а также энергии и импульса... остаются применимыми, - пишет И.С. Алексеев, и в квантовой области. Меняется только способ их сочетания - в строгом, точном смысле они не могут применяться совместно. Поэтому дополнительный способ описания можно назвать неклассическим употреблением классических понятий" (Алексеев И.С. Указ. соч. - С. 19).

Принцип дополнительности, который Н. Бор сформулировал в 1927 году, звучит следующим образом:

получение экспериментальной информации об одних физических величинах, описывающих микрообъект (элементарную частицу, атом, молекулу), неизбежно связано с потерей информации о некоторых других величинах, дополнительных к первым" (См.: Карпенков С.Х. Концепции современного естествознания. - С. 161).

Такими взаимно дополнительными величинами можно считать, например, координату частицы и её скорость (или импульс).

Принципы причинности и соответствия. Некоторые исследователи из соотношения неопределённостей делают вывод о неприменимости принципа причинности к явлениям микромира. При этом они опираются на следующие соображения. В классической механике по известному состоянию системы в некоторый момент времени и силам, приложенным к ней, можно абсолютно точно описать её состояние в любой последующий момент. Микрообъекты, напротив, не могут иметь одновременно и определённую координату, и определённую соответствующую проекцию импульса. Отсюда делается тот вывод, что в начальный момент времени состояние системы точно не определяется. А если это так, то невозможно прогнозировать последующие состояния системы, т.е. происходит нарушение принципа причинности.

Однако в действительности ничего подобного не происходит. Ведь само понятие состояние микрообъекта приобретает иной смысл, чем в классической физике. В квантовой механике состояние микрообъекта описывается волновой функцией. Её задание для данного момента времени определяет её значение в последующие моменты (См.: Там же. - С. 165).

В становлении квантово-механических представлений выдающуюся роль сыграл выдвинутый Н. Бором в 1923 году принцип соответствия, согласно которому всякая новая более общая теория, являющаяся развитием классической, не отвергает её полностью, а включает в себя классическую теорию, указывая границы её применения, причём в определённых предельных случаях новая теория переходит в старую (См.: Там же).

Но нам следует проявить бoльшую внимательность в обращении с принципом соответствия. Так, всё богатство отношений между старой классической механикой и механикой релятивистской А. Эйнштейн не сводил к категориям "предельного" и "частного", хотя довольно часто и там, где это было уместно сделать, он прибегал к их помощи (См.: Лукьянов А.В. Идея развития в основаниях специальной теории относительности //Теория развития и естествознание. - М., 1989. - С. 123-124). Нам думается, что представленная в литературе точка зрения, согласно которой "классическая механика как совокупность сужений (а не формул!) не является ни предельным, ни частным случаем релятивистской механики" (См.: Войшвилло Е.К., Купцов В.И. К вопросу о преемственной связи теорий //Принцип соответствия: историко-методологический анализ. - М., 1979. - С. 138), заслуживает определённого внимания. Несомненно, что элементы преемственной связи между данными теориями нуждаются в своём дальнейшем уточнении. Однако мнение о том, что релятивистская механика есть простое расширение классической (за счёт введения новых понятий) (См.: Там же) нам представляется всё же неубедительным, поскольку не учитывает всей специфики и революционного характера изменений, происшедших с фундаментальными понятиями физики.

Итак, исключительная абстрактность квантово-механических формализмов, значительные отличия от классической механики (например, отсутствие понятия электронной орбиты) рождали ощущение незавершённости новой теории. В результате возникла дискуссия о том, каким путём можно было бы её завершить. А. Эйнштейн полагал, что квантово-механическое описание физической реальности не является полным. "Квантовая физика формулирует законы, управляющие совокупностями, а не индивидуумами. Описываются не свойства, а вероятности, формулируются не законы, раскрывающие будущие системы, а законы, управляющие изменениями во времени вероятностей и относящиеся к большим совокупностям индивидуумов" (Эйнштейн А., Инфельд Л. Эволюция физики //Эйнштейн А. Собр. науч. трудов. В 4х т.: Т. IV. - С. 543).

Напротив, Н. Бор, В. Гейзенберг, М. Борн развивали ту мысль, что новая теория является фундаментальной и представляет нам полное описание физической реальности. Прояснить существующее положение дел можно было бы путём более углублённого "исследования проблемы наблюдений в атомной физике" (Борн Н. Избр. науч. труды. - М., 1971. - Т. 2. - С. 405). Другими словами, Н. Бор и его единомышленники полагали, что дело заключается в разработке методологических установок квантовой механики, с помощью которых можно было бы наиболее адекватным образом интерпретировать созданный математический формализм.

Невозможность провести резкую грань между объектом и прибором выдвинула две задачи: 1) Каким образом можно отличить знания об объекте от знаний о приборе? 2) Как, различая их, связать в единую картину, т.е. дать теорию объекта?

Описывая микрообъект, мы как бы вынуждены говорить на классическом языке. В то же время мы понимаем, что с помощью этого языка нельзя выразить все особенности микрообъекта, который перестаёт быть классическим.

Первая задача разрешается введением требования описывать поведение прибора на классическом языке, а статистическое, вероятностное поведение микрочастиц - на языке квантово-механических формализмов. Вторая задача решается путём введения принципа дополнительности, популярная формулировка которого гласит: "волновое и корпускулярное описания микропроцессов не исключают и не заменяют друг друга, а взаимно дополняют друг друга" (См.: Найдыш В.М. Концепции современного естествознания: Учеб. пособие. - М.: Гардарики, 2001. - С. 276). Единая картина микрообъекта синтезирует, таким образом, причинное описание процессов в микромире и пространственно-временное описание в одно единое целое.

Разработка методологических проблем квантовой механики ещё больше подтвердила следующую мысль А. Эйнштейна: хотя разработка теории поля и поколебала фундаментальные понятия времени, пространства и материи, "одна опора здания оказалась незыблемой: гипотеза причинности" (Эйнштейн А. Собр. науч. трудов. В 4-х т.: Т. IV. - С. 106). Действительно, одной из методологических установок неклассической физики является признание причинности как одного из элементов всеобщей связи и взаимообусловленности вещей, явлений, событий материального мира, признание, что причинность присуща и микропроцессам. Однако характер причинной связи в микромире отличен от механистического детерминизма. Причинность здесь реализуется через многообразие случайностей, в силу чего микропроцессам свойственны не динамические, а статистические закономерности.