Квантово-релятивистская картина мира как обобщение квантовой и релятивистской парадигм

Философия образования Раджабов О. Р.

Квантово-релятивистская картина мира как обобщение квантовой и релятивистской парадигм

Возникновение, особенности и сущность квантово-релятивистской физической картины мира связано с релятивистской и квантовой парадигмами. Под парадигмой мы понимаем систему понятий, категорий и принципов, определяющих основу и характер теории [3]. Именно парадигма определяет целостность научного исследования на всех его уровнях, его принадлежность к определенному смысловому контексту.

Релятивистская парадигма связана со специальной теорией относительности. Эта теория в своей исходной форме представлена такой фундаментальной теорией, как электродинамика движущихся тел А. Эйнштейна. Она превратилась в базисную теорию релятивистской исследовательской программы лишь после ее обобщения и представления в абстрактно-геометрическом четырехмерном формализме Г. Минковс-кого. Именно в качестве релятивистской исследовательской программы специальная теория относительности обеспечила «релятивизацию» практически всех фундамен-тальных разделов физики. Существенным трансформациям подверглось и понимание таких опорных категорий-понятий, которые показывают реальное бытие материи, как пространство, время, взаимодействие. Эйнштейновское понятие «пространственно-временного континуума», в котором реально существуют материальные объекты, исходило из того факта, что, во-первых, и пространство, и время представляются сложными, изменчивыми величинами (искривление пространства, изменение хода времени и т.д.), во-вторых, они выступают тесно связанными друг с другом, взаимоопределяющими.

Квантовая парадигма связана с квантовой электродинамикой. Последняя, несомненно, является фундаментальной теорией электромагнитных взаимодействий. Само ее формирование, начиная с 30-х годов, и последующее совершенствование сопровождалось разработкой базисной абстрактной квантовой теории поля, которая выполняла функцию квантово-полевой исследовательской программы и служила для описания взаимодействий микрочастиц.

Итак, к началу XX в. физика более или менее овладела двумя своеобразными видами объективной реальности: дискретным атомистическим веществом и непрерывным электромагнитным полем. Противоположные характеристики дискретности и непрерывности были «разведены» по разным квартирам и лишь внешним образом могли сочетаться друг с другом [1]. Частицы выступают как носители дискретности, волны - как носители непрерывности. Абсолютный характер их противоположности, внеположенность и рядоположенность (говоря словами Гегеля) казались совершенно очевидными метафизически мыслящим физикам.

Первый шаг по пути преодоления метафизических представлений был сделан в 1900 г., когда Макс Планк, исследуя проблему излучения так называемого абсолютно

черного тела, впервые высказал предположение, что энергия электромагнитных волн принимает не любые непрерывные значения, а излучается и поглощается лишь в виде определенных дискретных порций (квантов) энергии. Идея квантов была настолько необычной, что ее автор в течение длительного времени рассматривал кванты как вспомогательный математический прием, не оставляя надежд со временем вернуться к чисто непрерывной картине электромагнитного излучения. Однако уже следующий крупный шаг, совершенный в 1905 г. А. Эйнштейном, показал, что физика столкнулась здесь с принципиально новой ситуацией. Чтобы познакомиться с ней, остановимся коротко на существе введенного в 1905 г. Эйнштейном понятия о квантах света (фотонах). К концу XIX в. в физике безраздельно господствовала волновая теория света, рассматривавшая свет как непрерывный волновой процесс. Однако это представление наталкивалось на непреодолимые трудности в объяснении так называемого фотоэффекта.

С волновой точки зрения, эти черты фотоэффекта необъяснимы. Действительно, если свет есть электромагнитная волна, несущая энергию, пропорциональную частоте, то почему существует красная граница фотоэффекта, которая не зависит от интенсивности света? Однако парадоксальность ситуации состояла в том, что свет нельзя уже было просто объявить также и потоком корпускул. С чисто корпускулярной точки зрения, нельзя было объяснить таких прочно установленных свойств света, как интерференцию и дифракцию, допускавших только волновое объяснение. Свет надо было считать электромагнитной волной и в то же время потоком корпускул особого рода — фотонов. Так, в физику впервые вошла совершенно «дикая» идея какой-то внутренней связи дискретного и непрерывного, корпускулы и волны, идея, получившая название корпускулярно-волнового дуализма, или двойственности. Теория фотонов Эйнштейна ввела в цитадель непрерывности - электромагнитное волновое поле - ранее казавшуюся совершенно несовместимую с ней черту дискретности.

Но пока еще оставалась в неприкосновенности цитадель чистой дискретности — вещество, имеющее атомистический, корпускулярный характер. Так продолжалось до 1923 г., когда Луи де Бройль выдвинул свою знаменитую идею волн материи. Де Бройль проделал с частицами вещества «операцию», в сущности, обратную той, которую Эйнштейн произвел со световыми волнами. Как Эйнштейн сопоставил непрерывной волне дискретный фотон, так де Бройль сопоставил дискретной частице непрерывную волну, своеобразно обобщив на частицу вещества то соотношение корпускулярных и волновых характеристик, которое имеется у фотона. Гипотеза де Бройля о волновых свойствах микрочастиц получила вскоре прямое экспериментальное подтверждение в опытах по дифракции электронов. Но и это далеко не все. Развивая идеи де Бройля, Эрвин Шредингер завершил создание той самой волновой механики, построить которую стремился де Бройль. Шредингер открыл основной закон движения микрообъектов, так называемое волновое уравнение Шредингера. Это уравнение описывает изменение во времени некоторой особой величины, так называемой волновой функции, или

У - функции (пси-функции), представляющей собой не что иное, как дебройлевскую волну, характеризующую электрон (или любую другую частицу). Почти одновременно со Шредингером Вернер Гейзенберг построил так называемую матричную механику, дававшую те же самые результаты при описании поведения электрона, что и волновая механика Шредингера. А вскоре Шредингер показал математическую эквивалентность

этих механик, и теперь мы говорим о квантовой механике, допускающей два математически эквивалентных способа изложения.

Мы не можем здесь давать хоть сколько-нибудь обстоятельное изложение содержания квантовой механики, а лишь отметим, что она представляет собой стройную и относительно законченную систему, не уступающую по внутреннему совершенству классической ньютоновской механике или максвелловской электродинамике. В сфере своей компетенции (движения микрообъектов со скоростями, много меньшими скорости света) квантовая механика (точнее называемая нерелятивистской квантовой механикой) дает полное описание физических явлений и позволяет ответить на любой разумно поставленный вопрос.

Итак, рассматриваемый нами корпускулярно-волновой дуализм носит всеобщий характер и, казалось, окончательно и незыблемо утвержден фактом существования квантовой механики, выросшей на его основе, для его объяснения и теоретического описания. Однако вопрос далеко не так прост, и нам придется еще несколько задержаться на выяснении физического смысла и философского значения корпускулярно-волновой двойственности.

Первые попытки физически осмыслить её всеобщность были предприняты де Бройлем и Шредингером. И тот и другой исходили из наивно прямолинейных воззрений на сущность корпускулярно-волнового дуализма. Де Бройль выдвинул теорию так называемой волны-пилота. Согласно этой теории, реально существует, по сути дела, классическая частица, но её движение управляется, так сказать, пилотируется, связанной с ней волной. Де Бройль не смог осознать качественного своеобразия микрообъектов и, по существу, стремился внешне механически соединить классическую волну и классическую частицу.

Шредингер пытался решить проблему на путях отрицания реальности частиц.

Физической реальностью он объявил У - волны (волны, описываемые волновой

функцией У , фигурирующей в основном уравнении квантовой механики — уравнении Шредингера). Частица представляет собой всего лишь сгусток этих волн, так называемый волновой пакет. Однако уже очень скоро обнаружилась несостоятельность этих представлений. Волновой пакет действительно обладает основными свойствами частиц, но лишь за очень краткие промежутки времени. Расчеты показали, что с течением времени волновой пакет неизбежно будет расползаться в пространстве и, следовательно, не может быть тождествен устойчивой, стабильной частице. Более или менее точная локализация частицы в пространстве несовместима с попытками представить ее в виде пакета волн. Но даже не это обстоятельство является здесь наиболее важным и интересным в

философском отношении. Оказывается, что У - волны вообще нельзя понимать грубо и наглядно, как некоторые механические (например, упругие) или даже электромагнитные волны. Если мы напишем волновую функцию для одной частицы, то эту функцию еще можно мыслить как некоторую волну в трехмерном пространстве. Но если мы найдем волновую функцию для системы из П - частиц, то ее уже вообще невозможно представить

как существующую в трехмерном пространстве, а лишь как волну в некотором 3п -

мерном, так называемом конфигурационном пространстве. Это означает, что У - волнам нельзя приписывать непосредственное, физически реальное существование, их

отношение к объективной действительности является несравненно более сложным и своеобразным.

Итак, следует отметить, что теорию Шредингера и теорию де Бройля логически объединяет то обстоятельство, что они соединяют в себе наиболее широкие обобщения классической механики (принцип наименьшего действия), с одной стороны, и волновой оптики — с другой. С той только разницей, что в теории де Бройля классическая оптика выступала в виде геометрической оптики, подчиняющейся принципу Ферма, в то время как в теории Шредингера ее заменила более общая волновая оптика, подчиняющаяся принципу Гюйгенса.

Что касается физического смысла полученного уравнения Шредингера, то он

оставался довольно неясным. Понятно было только то, что У - функции являются некими характеристиками состояния микрочастиц. Первоначально де Бройль и Шредингер предположили, что волновая функция У представляет некоторое распределенное в пространстве поле, подобное электромагнитному и другим известным ранее полям. Необходимо отметить, что подобную «потерю наглядности» нельзя рассматривать как попытку оторвать математическое описание явления от самого явления, объективно развивающегося в пространстве и времени вне нашего сознания. История развития науки показала, что относительно ненаглядные символические построения с течением времени получают физическую, пространственно-временную интерпретацию и становятся элементами реальной картины мира.

Наиболее важным, плодотворным результатом теорий де Бройля и Шредингера является тот факт, что в новой картине мира состояние физической системы описывается волновой функцией, являющейся математическим отражением объективных волново-корпускулярных свойств микрочастиц. Как Шредингер, так и де Бройль исходили в своих первоначальных работах, посвященных квантовой теории, из стихийно-материалистических соображений, пытаясь отобразить адекватным образом объективные явления микромира с помощью классических обобщений, т.е. на базе макроскопической механики и волновой оптики. Однако при таком подходе в значительной степени не учитывалась качественная специфика микромира. При этом Гейзенберг, так же как и де Бройль и Шредингер, исходя из опытных данных, пытался перейти от непрерывно-классических понятий обычной механики к дискретно-квантовым. Если Шредингер и де Бройль ставили перед собой задачу более углубленного изучения волн «материи» обычными методами макроскопической физики, то выступление Гейзенберга с его математической трактовкой квантовой механики базировалось на утверждении, что в теорию микромира должны входить только наблюдаемые величины. В квантовой механике измерение обладает контринтуитивными парадоксальными чертами. В частности, свойства квантовой системы, обнаруженные при измерении, могут не существовать до измерений.

Элементарная частица после измерения обладает свойством локализации в этой области. Но такой результат измерения не гарантирует, что частица обладала этим свойством и перед измерением. Разумеется, этого не может быть в классической физике, что и составляет специфическую черту измерений квантовых систем. Это положение по существу является следствием знаменитого принципа неопределенности [5]. Это означает, что Гейзенберг использовал фактическую (а не принципиальную) ненаблюдаемость орбит и опирался на опытные данные, противоречащие классической механике. Если бы не влияние объективного идеализма, то, очевидно, Гейзенберг не

возвел бы опытный факт в махистский принцип «принципиальной наблюдаемости». Позитивистский принцип «принципиальной наблюдаемости» в корне противоречит данным физики микромира и материалистической научной теории познания. Как правильно отметил Д.И. Блохинцев [2], данный взгляд на сущность квантовой механики является субъективно-идеалистическим, опирающимся, по существу, на махистскую концепцию «комплекса ощущений», и внутренне несостоятельным. Дело не в том, наблюдаются или не наблюдаются те или иные величины, вводимые в теорию, дело в их своеобразной, неклассической природе, обнаруженной атомной физикой.

Создание квантовой механики и попытки осознания ее основ привели к качественно новым гносеологическим и методологическим выводам, что затрагивало и проблему сознания, и проблему физической реальности, истинности, интерпретации и понимания теории и многое другое. В квантовой механике принципиальными являются проблемы понимания волновой функции, принцип неопределенности, редукции волнового пакета, вопрос о полноте квантово-механического описания [4]. Поведение квантово-механических объектов в принципе характеризуется действием статистических, вероятностных законов. Основное уравнение квантовой механики позволяет из знания вероятности нахождения микрообъекта в один момент предсказать вероятность его пространственной локализации в другой момент. Все попытки построить квантовую механику на законах динамического типа успеха не принесли.

Необходимо иметь в виду, если рассматривать вероятностную связь как разновидность непричинной детерминации, то существование такого типа детерминации и является основанием для выделения в особый класс законов вероятностно-статистического характера, который является одной из основных парадигм квантовой картины мира.

Таким образом, квантово-релятивистская картина мира является следствием развития современных концептуальных положений физических теорий, идей и ее принципов, которые выступают как основополагающие парадигмы данной картины мира:

- каждая элементарная частица обладает как корпускулярными, так и волновыми свойствами, иначе называемыми дуализмом микрообъектов, который представляет собой фундаментальную характеристику объектов микромира;

- в квантовой физике необходимость использования принципа дополнительности обусловлена дискретной и волновой природой ее объектов и квантовым характером величин, которые применяют при их описании;

- принципиальная неопределенность результатов измерения квантовых величин и, следовательно, невозможность их предсказания. В микромире невозможно с точностью определить положение (координаты) и импульс микрочастиц: чем точнее зафиксирован импульс, тем большая неопределенность будет в значении координаты, и наоборот;

- на фундаментальном уровне в микромире стирается граница между видами материи: веществом и полем, то есть вещество в виде элементарных частиц переходит в частицы поля, фотоны (кванты), и наоборот.

Литература

1. Баженов Л.Б., Морозов К.Е., Слуцкий М.С. Философия естествознания. М.: Политиздат, 1966.

2. Блохинцев Д.М. Основы квантовой механики. М.: Наука, 1976. 424 с. 14

3. Владимиров Ю.С. Реляционная теория пространства-времени и взаимодействий. М.: МГУ, 1998.

4. Князев В.Н. Философия физики. Раздел: философия науки: методология и история конкретных наук. М.: Канон, 2007.

5. Менский М.Б. Квантовая механика, сознание и мост между двумя культурами // Вопросы философии. 2004. № 6. С. 65-70.

Кривых Е.Ю.

Метафизика воли в иррационалистических концепциях А. Шопенгауэра, Р. Вагнера, Ф. Ницше

Рождение в середине XIX в. новых философских направлений было призвано преодолеть односторонность рационализма в познании человека и мира, исследовать индивида во всей сложности неповторимых и уникальных проявлений его жизни. В своем творчестве немецкие мыслители А. Шопенгауэр, Р. Вагнер и Ф. Ницше разрабатывали метафизику воли, основанную на ее иррационалистическом понимании.

Артур Шопенгауэр (1788-1860 гг.) оспаривает традиционное понятие воли как способности человеческой души или разума действовать по определенным мотивам и достигать определенных целей. За исходное начало своей концепции Шопенгауэр берет иррациональную волю, понимаемую как неукротимое хотение, желание без начала, цели и конца. Будучи основой и сущностью мира, Мировая воля едина, тождественна сама по себе, неизменна, свободна, пребывает вне времени и пространства, не подчиняется законам причинности. «...Воля, - пишет философ, - самая сердцевина, ядро всего частного, как и целого; она проявляется в каждой слепо действующей силе природы, но она же проявляется и в обдуманной деятельности человека: великое различие между ними касается только степени проявления, но не сущности того, что проявляется» [6].

Основными теоретическими источниками шопенгауэровской метафизики выступают платоновские идеи и кантовское учение о «вещи в себе». Так, И. Кант считал, что мир «вещей в себе» приоткрывается человеку в его моральном действии, осуществляемом в соответствии с определениями практического разума. Шопенгауэр разрабатывал свою концепцию, исходя их двух принципов: мир есть представление субъекта и мир есть воля к жизни. В своем волюнтаристском учении он развивал мысль о мире истинного бытия и бытия мнимого. Истинное бытие мира есть мир воли, а видимое бытие - мир представлений, зависимый от мира воли и подчиненный ему. Следовательно, воля - ключ ко всем мировым явлениям. Вещь в себе, лежащая в основании всех вещей и явлений, и, следовательно, самого человека, и есть Мировая воля. Все отдельные вещи с их силами и свойствами представляют собой лишь обнаружение Мировой воли, которое Шопенгауэр называет объективацией. Объективация - выпадение воли из измерения сущности в измерение явления. Таким образом, воля представляет собой потустороннее ядро оболочки жизни, а представление - объективацию воли, ее проявление. У воли нет ни прошлого, ни будущего, нет множественности, а значит, она существует как единое начало [5].