| Головна |
| « Попередня | Наступна » | |
3. Наука і метафізика в принципі невизначеності |
||
|
Ми познайомилися з науковим аспектом субатомной фізики; ми дізналися, як шляхом обчислення можна передбачати майбутнє статистичний розподіл точок-подій і імпульсів-подій, якщо задані початкові умови, зумовлені експериментальними даними . Метод, що вживається для цього пророкування, полягає в інтегруванні хвильового рівняння Шредінгера, обчисленні хвилі де Бройля, описуваної за допомогою ф-функції, і застосуванні операционального визначення, згідно з яким квадрат ф є середнє число точок-подій, що мають місце в певній галузі. Все, з чим ми стикаємося в субатомній фізиці, більш-менш саме такого роду. Наприклад, ми хочемо передбачити число ядер урану, які повинні піддатися діленню під впливом нейтронів. Це пророцтво має велике значення для застосування квантової теорії при виробництві ядерної енергії. Цей вид передбачення математично того ж типу, що і всяке пророцтво числа точок-подій в певній галузі. Тому вся практична робота може бути виконана без урахування принципу невизначеності. Цей принцип відіграє роль тільки тоді, коли ми задаємося питанням, в яких межах ми можемо сформулювати нашу проблему, вживаючи традиційне поняття частинок, що описують траєкторії «в просторі та часі», або, іншими словами, декартові координати х, у, 2, які ми можемо описати як безперервні функції часу t. Дослідженнями таких вчених, як Гейзенберг, Шредінгер і де Бройль, було розкрито, що точка-подія не може бути передбачена допомогою введення траєкторій, що проходять через точки в просторі, де події повинні мати місце. Передбачення може бути зроблено тільки шляхом обчислення ф-функції і шляхом застосування її операционального значення. Однак це описує метод, який дійсно застосовується в атомній фізиці. Тут ми вживаємо поняття, дуже далекі від тих, за допомогою яких ми описуємо світ нашим традиційним мовою повсякденного здорового глузду. «Принцип невизначеності» є спроба ввести поняття здорового глузду, начебто частинок і траєкторій, які, звичайно, припускають, що рухається по траєкторії частка в кожен даний момент часу має певні координати і певні компоненти швидкості. Була зроблена спроба винайти такі закони руху частинок, щоб спостережувані результати були тотожні з результатами, знайденими завдяки застосуванню хвильової механіки, тобто обчисленню ф-функції, виходячи з хвильового рівняння Шредінгера. Щоб сформулювати такі закони для поводження часток, ми, звичайно, повинні залишити поняття траєкторії, описуваної цими частками; допущення існування траєкторій призвело б до спроби отримати результати квантової механіки з механіки Ньютона. Тому повинні бути введені абсолютно нові закони. Щоб отримати результати хвильової механіки за допомогою опису поведінки частинок, необхідно ввести поняття, на кшталт «невизначеність координат». «Імпульс частинки», «середнє число ударів, вироблених часткою в певній галузі екрану», і т. д. Ці закони поведінки частинок, звичайно, сильно відрізняються від ньютонівських законів і дуже відмінні від уявлень здорового сенсу про частки. Як вказав Бор, ми повинні уникати приписування атомному об'єкту (такому, як електрон) традиційних властивостей частки. Як ми показали, «положення і швидкість частинки» є вираз без операционального значення, якщо його застосовувати до малих часткам. Щоб «гуманізувати» ці частинки, які не мають традиційних властивостей частинок, ми повинні поставити питання про те, як вела б себе частинка, якби вона мала традиційні властивості, але була б при цьому дуже мала. Тоді ми прийшли б до знаменитого висновку, що вперше був отриманий Гейзенбергом: всяка спроба виміряти положення частки унеможливлює вимір імпульсу, і навпаки. Цей спосіб вираження зберігає певну аналогію з досвідом повсякденного здорового глузду; він зберігає звичку говорити про частки, що описують дійсні траєкторії; вони «мають» положення і імпульс, але становище і імпульс не можуть спостерігатися одночасно. Цей спосіб вираження правильний, якщо розглядати його як аналогію, взяту з досвіду повсякденного здорового глузду. Якби ми сказали, що все це відбувається насправді, то даний спосіб вираження був би метафізичної інтерпретацією, що говорить про те, як насправді поводяться атомні об'єкти. Альфред Ланде у своєму чудовому підручнику з квантової механіки затверджує; «З фізикою не погодили б прийняття ідеї, що існують частинки, що володіють певними положеннями і імпульсами в будь-який даний час, і визнання, що ці дані ніколи не можуть бути підтверджені експериментально ніби з- за зловмисного капризу природи » Ланде також правильно і ясно вказує, що ми можемо уникнути цієї метафізичної інтерпретації, слідуючи способу, яким Нільс Бор описував ситуацію, в якій повинен мати місце індетермінізм. Бор висловив це дуже ясно: «Коли експериментальний пристрій або стан може інтерпретуватися з допомогою частинок, положення яких визначається з похибкою Ах, тоді це ж пристрій або стан не може інтерпретуватися з допомогою частинок, що володіють імпульсами, обумовленими точніше, ніж АРХ - А / ЛДГ, і навпаки ». Цікаво, що, згідно Бору, всяке стан або пристрій може бути інтерпретовано допомогою частинок; однак він не стверджує, що частинки існують. Якщо ми обмежимося тим, як Бор викладає закони субатомних явищ, то фізична теорія явищ цього типу в принципі не відрізнятиметься від всякої іншої фізичної теорії, Загалом вона матиме ту ж логічну структуру, яку ми описали вище, при розгляді спеціальних випадків. Філософські інтерпретації, які вводяться принципом невизначеності Гей-зенберга і принципом додатковості Бора, не вносять ніякого елементу неясності або ірраціональності, якщо ми будемо строго дотримуватися концепції, що ці принципи є інтерпретаціями субатомних явищ в тому сенсі, який МИ 'описали як у цій, так і в гол. 9, що трактує про атомні явищах зі строго наукової точки зору. Генрі Маргенау, видатний фахівець як у галузі фізики, так і в галузі філософії науки, ретельно розбирає проблему реальності в субатомній фізики та квантової механіки. Ми обмежимося спеціальної проблемою щодо того, чи можуть частинки (електрони, нейтрони і т. д.) в субатомній фізиці розглядатися як реальні речі або вони суть тільки конструкції, в той час як фізичну реальність складають хвилі де Бройля. Маргенау доводить, Що «використання ймовірностей як істотних знарядь в описі природи призвело до поділу нашого досвіду на дві області: одну - що складається з безпосередніх даних (спостережень, вимірювань), які зовсім не піддаються передбаченню в деталях, і іншу - чисту і раціональну, яка є областю законів і закономірностей, вічних субстанцій, принципів збереження і т. п. » Маргенау пропонує назвати першу область історичної, а другу - фізичною реальністю. Якщо ми застосуємо цей поділ до явищ і інтерпретаціям субатомной фізики, то стане ясно, що темні плями, створювані на екрані попаданнями електронів або фотонів, є елементами історичної реальності; причому кожен з них окремо не детермінований експериментальними умовами. Саме ж розподіл місць попадання, або, кажучи математичною мовою, рішення хвильового рівняння (ф-функція Шредінгера), визначається експериментальними умовами однозначно, більше того, ф-функція може бути обчислена для будь-якого моменту часу, якщо вона відома у всьому просторі в один момент часу. Маргенау тому розглядає ф-функцію як частина фізичної реальності. У цьому він відчуває виправдання завдяки «філософського погляду, який ототожнює реальне з елементами досвіду, причинно пов'язаними в часі і просторі ... Отже, безпечно говорити ... що фізична наука втратила б свою владу над реальністю, якби апеляція до закону або порядку була заборонена в якості головного вимоги ». Якщо ми подивимося на індивідуальні події, наприклад індивідуальні попадання на екран і поява індивідуальних плям, то зауважимо, що тут немає ніяких закономірностей. Якщо ж ми звернемося до схеми ударів або плям на екрані в цілому, то побачимо, що звідси випливає дуже простий і ясний закон. ф-Функція, що визначає розподіл або ймовірність цих плям, кориться причинному закону. «Закономірність, - пише Маргенау, - виявляється насамперед у сукупностях або, коли вона приписується індивідуальним подіям, в ймовірностях, притаманних цим подіям. Закони управляють цими ймовірностями, але не управляють простими подіями ». Так як, згідно Маргенау, «реальність» повинна приписуватися кількостей, що підкоряється причинному закону, він цілком правильно робить висновок: «Щоб бути в згоді з духом фізичної науки, ми повинні, отже, прийняти висновок, неприйнятне для багатьох мислителів минулого, згідно з яким ймовірностям притаманна якась міра реальності ... Таким чином, як фізична реальність ймовірність поширилася по всьому простору як безперервна середу, позбавлена матерії. Фактично вона утворила поле »1. Оскільки ймовірність подій вимірюється квад-ратом модуля ф-функції, остільки-ми можемо також сказати, що хвиля, описувана за допомогою ф-функції, є фізичною реальністю. У параграфі, присвяченому причинності в атомній фізиці, ми розберемо цю роль ф-функції з чисто наукової точки зору. Ми побачимо, що закон причинності є дійсним, якщо ми опишемо стан системи за допомогою ф-функції. До цього моменту ніякі філософські чи метафізичні інтерпретації не мають місця. Інтерпретація стає все більш і більш віддаленій від тверджень фізичної науки, вона стає все більш і більш «метафізичної», вживаючи цей вираз по мірі того, як ми все більше говоримо про «реальність», особливо про "фізичної реальності». Сказати, що ф-функція підпорядковується причинному закону, - значить залишитися тільки в межах фізики. Але сказати, як пропонує Мар-генау, що ф-функція описує фізичну реальність, тому що вона підпорядковується причинному закону, - значить займатися метафізичної інтерпретацією. Сказати ж, що реально тільки те, що підпорядковується, причинному закону, - значить встановлювати аналогію з досвідом повсякденного здорового глузду. Звичайні тіла, з якими ми маємо справу в досвіді здорового глузду, то: камені, планети або тіла тварин, - підпорядковуються причинному закону. Тому ми за аналогією називаємо всі об'єкти "реальними", якщо вони теж підкоряються причинним законам. У цьому сенсі Маргенау називає ймовірність, або ф-функцію, частиною фізичної реальності. Це твердження, звичайно, вірно, якщо і тільки якщо враховувати, що ми називаємо ці об'єкти «реальними» тому, що вони підпорядковуються причинному закону, і не забувати, що цей зв'язок між «реальністю» і причинністю грунтується тільки на аналогії з досвідом повсякденного здорового глузду. Ми легко можемо переконатися в цьому, якщо звернемо нашу увагу на той факт, що інші автори заперечують «реальність» «ймовірностей» і заявляють, що частки (начебто електронів, нейтронів і т. д.) є частиною фізичної реальності. Як одного з найвидатніших серед них можна згадати Вільяма X. Згідно Маргенау, «хвилі ймовірностей» де Бройля відносяться до фізичної реальності, а частки не відносяться, тоді як, за Веркмейстера, матеріальні частки є єдиними «реальними об'єктами» в субатомній фізиці. Згідно ж концепції філософської інтерпретації, представленої в цій книзі, між твердженнями Маргенау і твердженнями Веркмейстера про "фізичної реальності» немає протиріччя. Обидва твердження грунтуються на одній і тій же науковій доктрині-квантової теорії де Бройля і Бора; вони інтерпретують одну й ту ж наукову теорію за допомогою різних аналогій, взятих з досвіду повсякденного здорового глузду. Ці два твердження починають суперечити один одному тільки в тому випадку, якщо хто-небудь повірить, що метафізичні твердження є результатами «бачення з допомогою інтелекту», або «сприйняття вищої реальності за межами спостережуваних фактів». У цьому випадку Маргенау вважає, що «вища реальність» складається з т «Хвиль ймовірностей», які, звичайно, не є матеріальними, а скоріше психічними чи духовними сутностями, тоді як, за твердженням Веркмейстера, «вища реальність» складається з матеріальних часток, або, за термінологією деяких філософів, з шматків відсталої матерії. У першому випадку субатомна фізика стає опорою ідеалістичного або спіритуалістичного світогляду, тоді як у другому випадку атомна фізика XX століття не може використовуватися для підтримки ідеалізму і для спростування матеріалізму. Такі метафізичні інтерпретації дуже часто мають на меті підтримку бажаної поведінки людей, будь-якого улюбленого способу життя. Навряд чи може бути сумнів у тому, що Маргенау розглядає твердження, що «хвилі ймовірності» є частиною фізичної реальності, не як інтерпретацію за допомогою аналогій, а як «істинне твердження» про реальність. Це стає особливо ясно, якщо ми порівняємо позицію Маргенау з питання про реальність з позицією Бора, Згідно з принципом додатковості Бора, не існує однозначного опису ізольованих атомних об'єктів. Виключають одне одного різні експериментальні пристрої дають різні описи одних і тих же атомних об'єктів. Оскільки в умовних термінах ми не можемо описати самий атомний об'єкт, то необхідно почати з об'єкта в межах конкретних рамок експериментального пристрою, який ми можемо також назвати і конкретної операцією спостереження. Якщо дана конкретна ситуація, то застосування математичного апарату квантової теорії, або, іншими словами, диференціального рівняння для ф-функції, дозволяє нам пророкувати явища, які можна очікувати як результат нашого експерименту. Згідно Бору, слово «явище» слід розуміти так само, як воно розуміється на мові здорового глузду. Бор каже, що, як би далеко явища ні виходили за межі класичного фізичного пояснення, звіт про вся- ком Свідоцтві повинен бути виражений в класичних термінах. Бор відмовився б надати «явищу», або ф-функції, атрибут «реальний». Маргенау, однак, описує позицію, зайняту Бором, наступним чином: «Фізика має вибір між описом природи в термінах класичних спостережень (положень частинок і т. д.) і описом її в термінах абстрактних станів, таких, як ф-функції. Перший вибір допускає візуальні спостереження [явищ], але вимагає відмови від причинності; другий забороняє візуальні спостереження, але допускає збереження причинності. І ці альтернативи ніколи не можуть бути примирені. Бор не вимагає від науки, щоб вона зробила вибір; а вимагає, щоб вона підкорилася вічної дилеми. Він хоче, щоб учений навчився жити, сидячи на вістрі цієї дилеми, що з філософської точки зору може розглядатися як благий рада » Сам Бор не бачить дилеми в цій ситуації. Згідно з ним, існують два описи одного й того ж атомного об'єкта, які служать різним цілям і не суперечать один одному. Говорячи словами Маргенау, «наука фактично зробила свій вибір, і цим вибором була друга альтернатива (опис за допомогою ф-функцій)». Насправді ж вибором науки було те, що використання ф-функції є найкращим методом обчислення результату певного експерименту. Якщо під «реальністю» мається на увазі саме це, то Маргенау прав у своєму твердженні «реальності» «ймовірнісної хвилі». Згідно ж Бору, виклад за допомогою ф-функції і виклад за допомогою «спостережуваного» не є, як називає їх Маргенау, «соперничающими теоріями», між якими, може бути, і буде знайдений вибір, а є двома описами в межах однієї і тієї ж теорії. Маргенау називає погляд Бора «агностицизмом», який небезпечний тому, що він заохочує відмова від пізнання і підриває віру дослідження в інших областях. Що стосується Бора, то його погляд представляє собою не агностицизм і відсутність вибору, а виключно глибоке рішення - рішення поєднати в одній і тій же картині світу явища, що виникають при всіх можливих обставин. Якщо говорити на рівні філософської інтерпретації, то рішення Бора є рішенням об'єднати всі можливі аналогії з досвідом здорового глузду в одній картині світу.
|
||
| « Попередня | Наступна » | |
|
|
||
Інформація, релевантна "3. Наука і метафізика в принципі невизначеності" |
||
|
||