Сущность и принципы понимания объективного знания в неклассической науке: сравнительный анализ взглядов Н. Бора и М. Борна

Вестник Челябинского государственного университета. 2010. № 1 (182).

Философия. Социология. Культурология. Вып. 16. С. 156-161.

М. Н. лященко

сущность и принципы понимания объективного знания в неклассической науке: сравнительный анализ взглядов н. бора и м. борна

Данная статья посвящается сложной и неоднозначной проблеме понимания объективного знания в неклассической науке. С этой целью проводится сравнительный анализ взглядов Н. Бора и М. Борна, которые составили костяк неклассического идеала объективного знания. Рассматривая их представления, автор определяет сущность понимания ими объективного знания и те принципы, которые они использовали для получения последнего.

Ключевые слова: атомная модель Бора, принцип соответствия, принцип дополнительности, теория инвариантов, принцип невозможности, неклассический метод.

В истории науки немало имеется ученых, которые совершали настоящие революционные перевороты в сознании человечества, изменяли мировоззренческие устои, будоражили умы и заставляли думать и говорить на своем языке. К ним неизменно возвращается каждое новое поколение исследователей, обнаруживая неизвестные доселе мысли, прослеживая ускользавшие прежде связи между различными аспектами их учений и концепций, находя новое видение старых проблем.

К числу таких ученых относятся Н. Бор и М. Борн. Их концепции на первый план кажутся простыми и понятными, которые можно изложить в одном параграфе учебника философии науки. Но на самом деле за ними скрываются глубокие процессы трансформации не только идеала объективного знания классической науки, но и в целом всего классического образа мышления. Именно их идеи были столь новы и несли в себе мощные импульсы совершенно иного способа познания, что даже И. Пригожину пришлось назвать их «шоком», от которого мы до сих пор еще не можем оправиться.

В начале XX в. перед наукой, по свидетельству выдающегося английского физика лорда Кельвина (Уильяма Томсона), не осталось неразрешимых проблем. На этом чистом небосклоне оставалось всего лишь два облачка, которые в скором времени, по убеждению Кельвина, наука должна была рассеять. Первым облачком считались известные опыты Майкельсон-Морли, обнаружившие независимость скорости света от выбора системы отсчета, как вскоре выяснилось, ее развеяла теория относительности, правда, не в пользу классического миропонимания. Вторым об-

лачком была проблема теплового излучения: теоретический энергетический спектр излучения черного тела, даваемый законом Вина, приводил к физическому абсурду в области больших частот и явно не соответствовал эксперименту в области малых частот излучения.

Именно с нее началось изучение микромира. Первым, кто занялся этой проблемой, был Макс Планк, являвшийся идейным сподвижником А. Эйнштейна. Он предположил, что излучение происходит скачками, порциями (квантами) и вывел формулу частоты поглощения и испускания света, которая имеет следующий вид: Б=Ьг. В 1905-1906 гг. уже Эйнштейн впервые выдвинул идею о поле излучения как материи, состоящей из квантов - фотонов. Выходило, что само излучение состоит из квантов (фотонов). Кроме того, в распоряжении физики того времени была предложенная Эрнстом Резерфордом в 1911 г. планетарная модель атома.

Эти предпосылки и легли в основу атомной модели Нильса Бора, включавшей в себя два постулата. Первый постулат утверждал наличие определенных, устойчивых состояний электронов в атоме (стационарных состояний), в которых атом не излучает; второй - что испускание или поглощение некоторого излучения атомом происходит только при переходах электрона из одного стационарного состояния в другое (квантовых переходах, или квантовых скачках). Надо заметить, что модель атома Бора имела рациональный характер в силу отсутствия наглядности в микромире и рассогласованности эмпирического материала. Теоретические выкладки, содержащиеся в модели Бора, делали доступным пониманию

человека природу атомных спектров и основные закономерности атомных объектов. Но неоценимо было эвристическое значение постулатов Бора, «состоявшее в том, что даже тогда, когда эта теория неспособна была дать определенный количественный результат, она могла быть использована как путеводная нить для качественного объяснения. Она приучала физиков мыслить совершенно новыми и непривычными научными категориями»1.

Моделирование, начавшееся в квантовой теории, специально строилось так, чтобы определенные «детали» конструктивного материала, взятые из различных областей физики, после своего соединения образовали новую целостность, новую теоретическую схему, которая помогла бы послужить основой для объединения этих областей путем обеспечения возможности интерпретации деталей с точки зрения открываемой новой теоретической схемы. В результате этой интерпретации «детали» получали новый смысл, методологически отличный от того, который они имели в предыдущих теориях, или вообще в теориях, не связанных с идеальными конструкциями. Моделирование нового уровня продемонстрировали мощные, интеграционные возможности в придании совершенно нового смысла некоторым элементам новой теории, в особенности это выявилась в постулатах Бора.

Первый постулат модели подразумевал допущение о стационарных состояниях, таких, что «динамическое равновесие системы в стационарных состояниях можно рассматривать с помощью обычной механики»2.

Для этого Эренфест сформулировал адиабатический принцип: «При “адиабатическом воздействии”, т. е. при изменении условий движения, происходящем бесконечно медленно, по сравнению с ходом внутренних изменений состояния, каждое “квантово дозволенное” (по терминологии Бора - “стационарное”) движение недеформированной системы переходит в “квантовое дозволенное” движение деформированной системы»3. Цель, которую преследовал Эренфест, заключалась в обосновании справедливости закона Вина, выведенного на классической основе в квантовой области.

Второй постулат предусматривал допущение о переходах между стационарными состояниями, которые не описываются законами механики; о таких переходах можно

сказать лишь то, что каждый из них «сопровождается испусканием монохроматического излучения, для которого соотношение между частотой и количеством выделенной энергии именно такое, которое дает теория Планка»4. Исходя из этого положения, Бор впервые выдвинул «предположение о невозможности наглядного классического представления во времени поведения электрона в течение перехода атома из одного состояния в другое»5. т. е. переход вне времени. Опосредованной причиной этого явления была константа Планка, вытекающая из дуалистической природы микрочастиц. Последнее стала основой модели атома Бора, который понимал, что накопленный опыт классической науки нельзя исключить, его надо применять и закрепить в описании атомных явлений, так как для решения определенных задач в атомном мире не было иных теоретических средств, «кроме (аппарата) обычной механики»6. Настоятельная потребность в новых средствах концептуализации объектов микромира диктовала необходимость введение принципа соответствия, который выражает «тенденцию видеть в квантовой теории не просто набор формальных правил для определения стационарных состояний атомных систем и частоты излучения, испускаемого при переходе из одного состояния в другое, а скорее попытку рационального обобщения электромагнитной теории излучения, выделяющего необходимость допущения прерывистого характера излучения для объяснения устойчивости атомов»7. Тем самым эта была первая попытка Бора на высоком теоретическом уровне показать, что квантовая теория может быть определенным образом согласованна с классической теорией, т. е. соответствовать ей. А результаты последней, в свою очередь, могут применяться для более широко класса задач - в физическом смысле при вычислении не только частоты излучения, но и интенсивности и поляризации.

Остальные проблемы, выявленные принципом соответствия, такие как отношения прибора и объекта познания, субъекта и объективности процедур познания, классического и квантового языка, сочетание квантовых и волновых свойств микрочастиц и другие, решалась на уровне принципа дополнительности, который был введен Н. Бором. Он продолжал проводить линию, намеченную в принципах соответствия и неопределенно-

сти, и явился окончательным теоретическим сочетанием противоречивого опытного материала, источником которого был дуализм природы атомного объекта. Надо сразу оговориться, что Н. Бор был больше философом в области физики, чем математиком. Из-за этого ему принадлежит огромный вклад в развитии теоретической базы квантовой физики. Его принцип дополнительности претендовал на общеметодологическое объяснение особенностей не только квантовой теории, но и в сфере биологии, психологии и культуры.

В квантовой теории под дополнительностью Н. Бор понимал, «что оба аспекта отображают одинаково важные свойства световых явлений, причем эти свойства не могут вступать в явное противоречие друг с другом, поскольку более подробный анализ их на основе понятий механики потребовал бы взаимно исключающих экспериментальных установок»8. Для принципа дополнительности характерна тенденция к цельности, к выражению некой гармонии, предполагающая неразрывную связь между природой объекта познания и ее проявлениями. Поэтому важным моментом этого принципа является его идеалистическо-философская форма, зафиксировавшая то, что атомный объект ведет себя и не как частица и не как классическая волна, а «как материальная система, своеобразно объединяющая свойства волн и частиц»9. Сущность была одна, а ее проявления стали считаться дополнительными при описании явления, но, как помним, принцип неопределенности предусматривал, что прибор может зафиксировать проявление одного свойства атомного объекта. Таким образом, отмечал Н. Бор: «Поскольку каждое наблюдение этих явлений связано со взаимодействием, которым нельзя пренебречь между предметом и средством наблюдения»10, то выяснялось гносеологическое «родство» между измерительным прибором и объектом познания. Это приводило к тому, что описание любого явления в квантовой механике подразумевало включение прибора. Вначале Бор полагал, что это достигается «принципиально неконтролируемым взаимодействием между измерительным прибором и измеряемым объектом, которое обусловлено квантом действия»11. Тогда невозможно было говорить о самостоятельной реальности (объективности) ни явления, ни средств наблюдения. Ведь еще М. Планк, приводя пример с термометром, говорил,

что «прибор, если он изменяет ход процесса или как в квантовой теории “возмущает процесс”, то объективность познания теряется»12. Позже уже поняв, в чем заключалась ошибка, Н. Бор пересмотрел свою точку зрения и стал говорить о логической взаимосвязи между описанием прибора и квантомеханическим описанием микрообъекта, тем самым область объективности была расширена включением в нее описания прибора. При этом, по словам самого Бора, недвусмысленно можно констатировать, что происходит отождествление «явления» и «наблюдения»: «В качестве более удачного способа выражения можно усиленно рекомендовать использовать слово “явления” в более узком смысле, относя его исключительно к таким наблюдениям, которые проводятся в специальных условиях, позволяющих получить полное описание всего эксперимента в целом»13. Поэтому, на наш взгляд, вернее говорить о гносеологическом «родстве», а не, как предлагает И. С. Алексеев, о «детерминации определенности существования объекта со стороны средств наблюдения»14. Последнее подразумевает зависимость первого от второго и относится к идее возмущение процесса, как ранее предполагал Н. Бор, или к объектному описанию М. Борна и В. Гейзенберга, которое рассмотрим ниже. Бор вообще считал, «бессмысленным говорить, например, что существует наблюдаемый объект, взаимодействующий с измерительным прибором»15, если они оба являются частями одного целого, т. е. он элиминировал онтологические различия.

Таким образом, Н. Бор включил в объективную модель познания измерительный прибор, характеристики которого входят в итоговое знание об объекте неявно в виду того, что «специфика средств наблюдения опредмечивается в специфике знания об объекте наблюдения, воплощаясь в специфику тех свойств, которые приписываются объекту»16. Но надо заметить, что, расширяя грани гносеологического процесса познания, принцип дополнительности рассматривает атомный объект как двухуровневую онтологическую систему. Оказалось, что классическая онтология является не единственной, ей приходилось делить свое место с квантовым уровнем, который основывался на определении импульса и энергии.

Но, несмотря на это, Н. Бор подчеркивал, что описание «экспериментальной установ-

ки и регистрация результатов наблюдения всегда должны производиться на обычном языке, дополненном терминологией классической физики»17. Поэтому квантовая механика была поставлена перед естественной необходимостью накопленного опыта классической науки, который она не могла отбросить, тем более это касается классического языка, так как она сразу не могла выработать свой собственный язык описания. При этом квантовая механика выявила ограниченность и невозможность классического языка дать величинам атомного мира однозначного определения. Но, по-видимому, не исчезнет из квантовой механики и описание при помощи классического языка, во-первых, пока будет использоваться эксперимент, который имеет классическое происхождение и обязано своим появлением механицизму. А значит эксперимент, хотим мы этого или нет, опосредованно вносит в исследовательское поле изучения детерминистические черты. Во-вторых, сами объекты не исключают измерения в классическом пространственновременном режиме, а в-третьих, многие понятия (импульс, координата, энергия и т. д.) настолько вписались в квантовую область, что без них она не может полноценно существовать, т. е. «обыденный» язык науки - это язык классической науки. При том все эти понятия, как отмечал В. Гейзенберг, «опираются поэтому на классическую физику и ее представление об объективности»18. В-четвертых, сознание человека настолько обросло классическими понятиями и категориями, что трудно перестроить его и выражать мысли на другом языке. Классическая наука продемонстрировала устойчивость, а как можно было по-другому, ведь выработанные ею каноны и ценности отражают объективную реальность, с которой нельзя не считаться. Создатели квантовой механики понимали это и пытались, как альтернативу, противопоставить не только язык математики, который они практически без исключения считали единственно абсолютным средством выражения объективного знания, но и выработанные собственно квантовой теорией абсолютно независимые понятия (инварианты), такие как заряд, массы покоя и спина. Благодаря этим понятиям описание «атомных явлений имеет в этом отношении совершенно объективно характер в том смысле, что оно обходится без явной ссылки на какого-либо индивидуально-

го наблюдателя»19, которого Н. Бор безлично вводил вместе с прибором измерения. Ко всему прочему Бор признавал, что «нельзя строго разграничить объект и субъект, поскольку последнее понятие также принадлежит к содержанию. Из такого положения вещей следует не только относительность зависящего от произвола при выборе точки зрения значения каждого понятия или, вернее, каждого слова; мы должны вообще быть готовыми к тому, что всестороннее освещение одного и того же предмета может потребовать различных точек зрения, препятствующих описанию»20. В теоретико-познавательной области проблема субъективизма проявила себя с новой силой, которая заключается в соотношении содержания понятия и его объективной сущности и выбора экспериментальной установки, а также произвол при выборе разных точек зрения на один и тот же предмет. Все эти факторы приходилось учитывать при формировании физической картины мира, субъект стал активным участником этого процесса. Ведь сам Н. Бор любил повторять старую истину: все мы являемся свидетелями и участниками великой картины бытия21. В квантовой механике под физической реальностью «понимается процесс взаимодействия физических объектов и условий познания»22. К аналогичному выводу о том, что «физическая реальность - это объективная реальность, но не как материя сама по себе, а как реальность, вовлеченная в практику человеческой деятельности, преломленная через специфику субъекта»23, приходит Л. Г. Антипенко. Даже сам М. Планк признавал, что «единственно важным является только признание незыблемой, хотя и недостижимой [выделено мною. - М. Л.] цели, и эта цель состоит не в полном приспособлении наших мыслей к нашим ощущениям, а в полном освобождении физической картины мира от индивидуальности творческого ума»24. Так что именно с Н. Бора начинается формирование неклассического идеала объективного знания, который включает в себя не только прибор измерения, но и субъект познания. Хотя сам Н. Бор пытался на основе новых понятий квантовой теории (инвариантов) и математического языка исключить из понятия объективности субъекта. В какой-то мере принцип дополнительности выполнял общеметодологическую функцию, которая бы гарантировала «объективность описания, независимого от субъективного суждения»25.

Кстати, теорию инвариантов разработал и применял М. Борн, который, в отличие от Н. Бора и А. Эйнштейна, был эмпириком, считавшим, что «все развитие квантовой механики показывает, как совокупность наблюдений и измерений медленно создает абстрактные формулы для их сжатого описания и что их значения наступает впоследствии»26. По Борну, не теория предопределяет опыт, а измерение и наблюдения предшествуют теории, ориентируясь на их данные она получает научную форму. В этой связи Борн пишет: «Мой совет тем, кто хочет научиться искусству научного предвидения: не следует полагаться на абстрактное обоснование, а надо расшифровать тайный язык природы из документов самой природы, из фактов опыта»27.

Вместе с тем эмпиризм Борна приводит к тому, что объективность нельзя отделять от субъекта познания, так как принцип неопределенности в экспериментальной ситуации оставляет выбор за наблюдателем, который «должен заранее решить, ответ какого именно типа (сведения) ему нужно получить. Таким образом, субъективные решения неразрывно смешиваются с объективными наблюдениями»28. Свободный выбор наблюдателя, по Борну, подразумевает не только интеграцию знания и решения, но и то, что вмешательство субъекта вносит в процесс познания вероятностные характеристики, а Гейзенберг, наоборот, подчеркивал, что сама «функция вероятности объединяет объективные и субъективные элементы»29. Классическая философия боролась с проблемой субъективизма, так что установка идеала познания - детерминизм - не предполагал вмешательство и связь с субъектом, поэтому законы природы оказались неизменными, а метод - пассивным и созерцательным. М. Борн пишет: «Квантовая механика разрушила различие между объектом и субъектом, ибо она может описывать ситуацию не как таковую, а только как ситуацию, созданную экспериментом человека. Это совершенно верно. Атомный физик далеко ушел от идиллического представления старомодного натуралиста, который надеялся проникнуть в тайны природы, подстерегая бабочек на лугу»30. Неклассический метод перестал сводиться «к изоляции, объяснению и упорядочению, (он) натолкнулся на свои границы. Оказалось, что его действие изменяет и преобразует предмет познания, вследствие чего сам метод уже не может быть отстранен

от предмета»31, потому что они были убеждены, что «акт наблюдения вызывает серьезные возмущения [выделено мною. - М. Л.], так что нельзя более говорить о поведении частицы вне зависимости от процесса наблюдения»32. От чего в свое время отказался, как мы говорили выше, Н. Бор.

Но в отличие от Гейзенберга, Борн предполагал, что инварианты являются тем средством объективного изображения реального мира, которое сохраняет естественную идентичность вещей. Тем самым избегается ссылка на субъекта познания. Еще одной особенностью инвариантов считается их абсолютное и независимое положение как от классического языка, так и принципов классической науки. Поэтому Борн предполагал, что теория инвариантов будет универсальным методом, который явится рациональным ключом к пониманию «реальности, и не только в физике, но и в каждом аспекте мира»33. Но инварианты оказались слабой попыткой избавления от субъекта познания, так как в их формировании участвует опять же сам человек. Бытие формирует человек и ни кто другой.

Определенный интерес представляет принцип невозможности Борна, который по своей смысловой ориентации направлен на объяснение возникновения нестандартного мышление и стимула открытия новых законов. Определение ему он дает следующее: «Каждый закон природы устанавливает в известном смысле предел; то, что ему противоречит, недостижимо. И также если опыт наталкивается на препятствие, которое он не может преодолеть, несмотря на большое усилие, то, как говорят, это препятствие является отправным пунктом для нового позитивного знания, для познания нового закона природы»34. И он приводит пример открытия закона сохранения - из неудач построить вечный двигатель. Известно, что этот закон был сформулирован на основе экспериментального открытия факта эквивалентности различных мер энергии при ее превращении из одной формы в другую. А это значит, что законы следует отыскивать не в универсальном «принципе невозможности», а в связях, реально действующих в данной области явлений.

Таким образом, теоретики неклассической науки сильно ощущали давление классического идеала знания, который на протяжении всего периода формирования нового процесса понимания дает о себе знать. Это был

дамоклов меч над перестраивавшимся научным сознанием, который всячески «мешал» появиться на свет альтернативному направлению. Несмотря на это, Н. Бор расширил рамки объективности, включив в них средства измерения, а вместе с ним, автоматически и субъекта познания. Хотя сам он считал, что объективность может включать прибор измерения, но должна исключать субъекта познания. На это и был направлен его принцип дополнительности, но, видимо, как М. Планк, он хорошо понимал, что полностью избавиться от индивидуальностей творческого ума, не удаться.

На последнее указывал и М. Борн, что немыслима объективность знания без личного выбора экспериментальных сведений наблюдателем, но его теория инвариантов, как и принцип дополнительности, предполагал объективное отражение реальности, при этом исключая субъекта познания. Личный выбор и желание наблюдателя в экспериментальных условиях делали метод динамичным, изменяющим и преобразующим границы самого предмета. Таким образом, потенциальное знание становилось актуальным.

Примечания

1 Материалистическая диалектика и концепция дополнительности. Киев : Наук. Думка, 1975.С. 20.

2 Бор, Н. Избранные научные труды : в 2 т. М.

: Изд-во иностр. лит., 1970. Т. I. С. 90.

3 Алексеев, И. С. Методология обоснования квантовой теории : (История и современность) / И. С. Алексеев, Н. Ф. Овчинников, А. А. Печенкин. М. : Наука, 1984. С. 150.

4 Бор, Н. Избранные научные труды. Т. I. С. 90.

5 Полак, Л. С. Возникновение квантовой физики // Очерки развития основных физических идей. М. : Изд-во АН СССР, 1959. С. 381.

6 Бор, Н. Избранные научные труды. Т. I. С. 161.

7 Там же. С. 287.

8 Бор, Н. Избранные научные труды : в 2 т. М. : Изд-во иностр. лит., 1971. Т. II. С. 113.

9 Омельяновский, М. Э. Дискуссия Бора и Эйнштейна // Вопр. философии. 1979. № 1. С. 108.

10 Бор, Н. Избранные научные труды. Т. II. С. 56.

11 Там же. С. 122.

12 Планк, М. Единство физической картины мира. М. : Наука, 1966. С. 113.

13 Бор, Н. Избранные научные труды. Т. II. С. 397.

14 Алексеев, И. С. Принцип детерминизма и физическая картина реальности // Философия и е сте ствознание. К 70-летию акад. Бонифатия Михайловича Кедрова. М. : Наука, 1974. С.186-187.

15 Алтухов, Л. Принцип дополнительности и антиномия познания // Вопр. философии. 1975. № 2. С. 34.

16 Алексеев, И. С. Концепция дополнительности: историко-методологический анализ. М. : Наука, 1978. С. 25.

17 Бор, Н. Избранные научные труды. Т. II. С.392.

18 Гейзенберг, В. Шаги за горизонт. М. : Прогресс, 1987. С. 101.

19 Бор, Н. Избранные научные труды. Т. II. С. 528.

20 Там же. С. 58.

21 Там же. С. 71, 384.

22 Дышлевой, П. С. Эволюция понятия «физическая реальность» в современной физике // Философские вопросы квантовой физики. М. : Наука, 1970. С. 61.

23 Антипенко, Л. Г. Проблема физической реальности: логико-гносеологический анализ. М. : Наука, 1973. С. 30.

24 Планк, М. Единство физической картины мира. С. 49.

25 Бор, Н. Избранные научные труды. Т. II. С. 576.

26 Борн, М. Физика в жизни моего поколения : сб. ст. М. : Изд-во иностр. лит., 1963. С. 153.

27 Там же. С. 171.

28 Борн, М. Состояние идей в физике и перспективы их дальнейшего развития // Вопросы причинности в квантовой механике : сб. пер. / под. ред. Я. П. Терлецкого и А. А. Гусева. М. : Изд-во иностр. лит., 1955. С. 107.

29 Гейзенберг, В. Физика и философия. М. : Изд-во иностр. лит., 1963. С. 32.

30 Борн, М. Физика в жизни моего поколения... С. 280.

31 Гейзенберг, В. Шаги за горизонт. С. 304.

32 Там же. С. 295.

33 Борн, М. Физика в жизни моего поколения. С.276.

34 Там же. С. 412.