Неклассическая и постнеклассическая наука

Билет №10

Неклассическая наука явно проявилась с начала ХХ в., со времени становления квантовой механики. Именно в физике микромира “человек-исследователь” столкнулся с проблемой неустранимости влияния макроскопической познавательной системы (человек-исследователь с познавательным прибором) на исследуемый микрообъект.

Для большего понимания сути дела рассмотрим основные этапы становления квантовой механики и формирование концепции, известной в науке под названием “копенгагеновская интерпретация квантовой механики” и альтернативной концепции, известной как “ЭПР-аргумент”, или “ЭПР-эксперимент” (“Эйнштейна—Подольского—Розена-эксперимент”). В общем обе концепции относятся к проблеме устранимости или неустранимости “человека-исследователя” из теоретического знания квантовой механики. В иных формулировках эта проблема звучит как “проблема скрытых параметров”, или “проблема квантовой концепции целостности” (см., напр., [Тягло, 1991]).

Вот краткая история физики микромира:

1900 г. — М. Планк, изучая излучение абсолютно черного тела, вводит величину h, или постоянную Планка, характеризующую минимально возможные дискретные порции излучения или поглощения энергии (размерность h: единица энергии, умноженная на время).

1905 г. — А. Эйнштейн дает интерпретацию явления фотоэффекта, в которой эмиссия электронов с поверхности, облучаемой светом, связана с пороговой энергией фотонов света h.

1911 г. — Э.Резерфорд на основании результатов рассеяния альфа-частиц при облучении ими тонкой металлической фольги предлагает так называемую “планетарную модель атома”. Эта модель находится в полном противоречии с классической электродинамикой (движущийся по круговой орбите электрон должен непрерывно излучать энергию в виде электромагнитных волн и, вследствие этого, “упасть” на положительно заряженное ядро атома).

1913 г. — Н.Бор предлагает квантовую интерпретацию планетарной модели, согласно которой электроны в атоме движутся по дискретным орбитам с определенной энергией. Минимальная энергия перехода между орбитами определяется постоянной Планка h.

1922 г. — А.Комптон рассмотрел эффект рассеяния света свободными электронами, в которых они вели себя как дискретные частицы.

1924 г. — Луи де Бройль, наоборот, рассмотрел эффект рассеяния микрочастиц, в котором частицы вели себя как материальные тела волновой природы (интерференция). На основании этого было введено понятие “волны де Бройля”, согласно которому длина волны материального тела выражается соотношением h/p.

Таким образом, в квантовой механике сформировалась концепция “корпускулярно-волнового дуализма”.

1925 г. — В.Гейзенберг сформулировал матричную квантовую механику, которая оказалась в принципе эквивалентной волновой механике Шредингера.

1926 г. — Э.Шредингер предложил так называемое “волновое уравнение квантовой механики (уравнение Шредингера)”, которое имеет такое же значение в квантовой механике, как и уравнения Ньютона в классической механике или уравнения Максвелла в классической электро- динамике. Основной смысл функции волнового уравнения Шредингера: квадрат ее модуля равен вероятности нахождения частицы (системы) в определенном квантовом состоянии, в определенное время, в определенном месте времени t, с координатами x, y, z.

Что касается новых концепций науки, сформировавшихся в связи с введением волновых уравнений для описания природы, то это становится понятным из следующего краткого замечания: “Квантовая механика порождает новый образ мышления, поскольку вводит понятие операторов. Физические величины — энергия, координаты и т.д. — заменяются в квантовой механике (по отношению к классической механике. — В.К.) операторами, а численные значения этих величин мы находим, решая задачу на собственные значения” [Пригожин, 1994, с.15].

1927 г. — формулировка В. Гейзенбергом так называемого “соотношения неопределенностей”, или “неопределенностей принципа”.

Для координаты и импульса частицы среднеквадратичные соотношения этих величин импульса и координаты таковы, что их произведение всегда больше постоянной Планка, деленной на два; для энергии и времени — больше постоянной Планка.

Надо сказать, что вероятностное представление о природе микромира дает возможность объяснить появление в природе “спонтанно нового”, т.е. можно уйти от жесткого детерминизма классической механики. В то же время следует учитывать, что “слепой” вероятностный характер поведения природных тел не может объяснить целесообразности — необходимого возникновения из простого сложного (в том числе и в сфере мысли, например, возникновения все более сложного и совершенного знания). Последняя проблема тесно связана с философской проблемой становления. По этому поводу И.Пригожин и И.Стенгерс пишут: “Становление, неиссякаемый поток воспринимаемых нами явлений, относится к сфере чистого мнения (по мнению Платона. — В.К.). Однако Платон сознавал парадоксальный характер такой позиции, поскольку она принижала жизнь и мысль, представлявшиеся как неотделимые процессы становления. В “Софисте” Платон приходит к заключению, что нам необходимы и бытие, и становление.

С той же трудностью столкнулись и атомисты. Чтобы допустить возникновение нового, Лукрецию пришлось ввести “клинамен” (гр. — буквально “отклонение”. — В.К.), возмущающий детерминистическое падение атомов в пустоте.

Обращение к клинамену часто подвергалось критике как введение чужеродного произвольного элемента в схему атомистического описания. Но через два тысячелетия мы встречаем аналогичное утверждение в работе Эйнштейна, посвященной самопроизвольному испусканию света возбужденным атомом (речь идет о работе 1916 г. “Испускание и поглощение света излучения по квантовой теории”. — В.К.), где говорится, что “время и направление элементарных процессов определены случайным образом” [Пригожин, 1994, с.7].

К этому следует привести замечание Ф.Капры из его работы “Дао физики”: “Квантовая теория обнаружила, что частицы — это не изолированные группы вещества, а вероятностные модели — переплетения в неразрывной космической сети. Теория относительности вдохнула жизнь в эти абстрактные паттерны, пролив свет на их динамическую сущность. Она показала, что материя не может существовать вне движения и становления. Частицы субатомного мира активны не только потому, что они очень быстро дви-жутся; они являются процессами сами по себе!” [Капра, 1994, с.180].

Соотношение неопределенностей стало краеугольным камнем споров относительно интерпретации системы теоретических и экспериментальных знаний физики микромира, или квантовой механики.

Альтернативные точки зрения, дискуссии о справедливости которых продолжаются по сей день, выразились в альтернативных позициях “копенгагеновской интерпретации квантовой механики” (Н.Бор и др.) и “Эйнштейна—Подольского—Розена-аргумента” (“ЭПР-аргумента”), проблемах “статистической интерпретации квантовой механики”.

Анализ этой проблемы, касающейся квантовой проблемы целостности, скрытых параметров и вообще специфики познания человеком (макроскопической системой) микрочастиц (микроскопической системы), можно найти в [Тягло, 1991].

Существенное отличие классической картины мира от неклассической (здесь главным образом имеется в виду физика) заключается в том, что в классической науке картина мира детерминистская и динамическая, в частности, описание движения частиц дается в терминах траекторий, в то время как в неклассической (квантовой) физике картина мира статистическая, и вместо траекторий вводится концепция волновой функции (см. об этом, напр., [Пригожин, 1994, с.159]).

Существенное отличие классического типа рациональности от неклассического состоит в том, что в классическом типе идеалом было устранение познающего субъекта и его исследовательских инструментов из законченного научного знания, в то время как в неклассическом типе рациональности познающий субъект и его исследовательский инструментарий неотделимы от познаваемого объекта.

Постнеклассическая наука: