взаимосвязи. Тем не менее, теория относительности вносит новый абсолют:
предельная скорость материального тела.
Критика и контрпредложения в отношении копенгагенской интерпретации
квантовой теории.
Развитие квантовой теории сопровождалось критикой со стороны различных
ученых. В. Гейзенберг выделяет три группы критиков. В первую группу входят
те ученые, которых не устраивает язык самой теории. Те, кто пытался
изменить саму теорию в том направлении, в котором ему казалось это
правильным, входили во вторую группу. Третья группа представляла собой
критиков, не удовлетворенных теорией, но не предлагавших ничего взамен.
Первую группу критиков составляли Бом, Блохинцев и Александров. Они
пытались изменить язык и философию квантовой теории. Данной группе
казалось, что неопределенность – ключевой момент теории – лишает ее
объективности. Бом предлагал считать, что неопределенность связана с
отсутствием учета некоторых параметров изучаемых систем. Блохинцев и
Александров считали, что волновая функция имеет независимый от наблюдения
характер и, следовательно, объективна.
Данные критики не понимали, что неопределенность состояния системы не
тождественна необъективности ее изучения. То, что волновая функция содержит
в себе результаты предыдущих наблюдений, говорит только о том, что те
наблюдения изменили саму систему неким неизвестным нам образом. При
изучении микромира физик имеет дело с вероятным исходом следующего
наблюдения, которое опять внесет изменение в изучаемую систему. У нас нет
более тонких инструментов, которые бы снизили уровень неопределенности.
Элементарные частицы изучаются с помощью самих же элементарных частиц.
Следующий тип критики связан с изменением самой теории. Яноши предложил
концепцию затухания волны вероятности, но данная концепция, по мнению В.
Гейзенберга, лишь усложняет теорию и ничего существенного в понимании не
вносит.
Третья группа критиков не удовлетворена квантовой теорией вообще.
Эйнштейн и Лауэ не удовлетворены тем обстоятельством, что квантовая теория
утверждает агностицизм. По их мнению, микроскопические процессы все же
можно познавать со сколь угодно малой неопределенностью.
Шредингер считает, что волны вероятности имеют объективный характер и
подобны световым. Это утверждение неверно по самому формализму, заложенному
в определение волн вероятности, к тому же значение волновой функции зависит
от фактов предыдущих наблюдений.
Квантовая теория и строение материи.
Данная глава книги В. Гейзенберга посвящена ключевому понятию науки и
философии, а именно материи. Данное понятие рассматривается в контексте
квантовой теории.
Что есть материя по Аристотелю? Это возможность (потенция),
строительный материал, из которого построены все вещи. В самой материи
заключена возможность построения из нее вещей еще не существующих, в этом и
заключается свойство материи как возможности.
Рассмотрение материи как предельного основания всего сущего несколько
скрадывает глубину и значимость материи. Понятие материи, на самом деле,
многоуровнево. Рассмотрим эти уровни по отдельности.
Из чего построено всякое вещество? Атомы химических элементов образуют
соединения посредством химической связи. Химическими методами можно
поменять связи между атомами, но не затронуть типового свойства атома –
превратить его в другой элемент. До открытия ядерных реакций понятие
материи в основном сводилось к атомам и их взаимосвязям.
Открытие радиоактивности, эксперименты Резерфорда показали сложность
строения атома. Атом содержит ядро и электроны. Расщепление ядер показало,
что они в свою очередь, так же как и атомы, сложны. Вводится понятие
элементарных частиц. Этими частицами являются нейтрон, протон и электрон.
На сегодняшний день при данном уровне развития науки понятие материи
сводится к элементарным частицам. Но это еще не предел.
Установлено, что столкновение элементарных частиц рождает новые
элементарные частицы, но это не обломки первых, а такие же элементарные
частицы. Частицы превращаются друг в друга, в излучение, поскольку их
сущность – энергия, та самая потенция, о которой еще мыслил Аристотель.
Более того, эти частицы в состоянии образовываться из кинетической энергии
– энергии движущегося тела.
Энергия – подлинное бытие. Она же и есть материя, хотя не обязательно
обладает плотностью, как это должно было бы быть при классическом подходе.
Энергия это то, из чего все образуется и во что, в конечном счете, может
превратиться.
Энергия воплощается в вещах, в излучении, во взаимодействиях тел – все
это формы материи, а так же ее движения. Материя подчиняется единому
уравнению. Ранее в математике было показано, что существует ограниченное
число групп симметрии. Данные группы лежат в основе законов природы, точнее
в их формальном математическом представлении. Универсальное уравнение
материи так же симметрично относительно этих групп. Решения этого уравнения
представляют собой элементарные частицы.
Не все так безоблачно с пониманием мира с позиций квантовой теории.
Существует пока что непреодоленное противоречие между квантовой теорией и
теорией относительности. Связано это с тем, что в теории относительности
присутствует предельное ограничение точности по времени. Отсюда вытекает
возможность сколь угодно больших энергий в соответствие с принципом
неопределенности. Эта проблема может быть решена, если будет показано, что
существует минимально возможное расстояние, которое, кстати сказать,
вытекает из некоторого математического выражения с постоянной Планка и
скоростью света. Минимальная длина должна иметь порядок 10-13 м. Пока
экспериментального доказательства этого предположения нет.
Данное рассмотрение позволяет сделать вывод о том, что и древние
мыслители имели некоторое правильное понимание проблемы материи. Материя
действительно строительный материал и потенция, так как энергия это и
возможность совершения некой работы, а так же источник возникновения
элементарных частиц.
С другой стороны отчасти прав был Платон, когда говорил, что элементам
– элементарным частицам в современном понимании – соответствует число,
решение универсального уравнения материи в рамках квантовой теории.
Не стоит полагать, что древние философы уже, якобы, знали все то, до
чего дошла современная наука. Их рассуждения были чисто умозрительными и в
ряде случаев неверными. Реальная ситуация такова, что современные
представления о материи можно соотнести с представлениями древних и увидеть
много общего. Главная особенность современных взглядов это то, что они, в
отличие от древних взглядов, подкреплены серьезнейшим эмпирическим
материалом.
Язык и реальность в современной физике.
Средством обмена информацией является язык. Кроме передачи информации
язык служит необходимым условием всякого мышления, возможности делать
выводы. Наука требует специального языка, который бы оперировал с понятиями
данной области деятельности. Первый шаг к созданию научного языка был
сделан Аристотелем, создавшим логику – ничто иное, как точный язык. Данный
язык, в отличие от обыденного, не содержит эмоциональных и других, не
относящихся к науке, элементов.
Математический язык стал основным языком не только естественных наук,
но и некоторых гуманитарных. Данный язык внутренне непротиворечив и
позволяет делать выводы, которые невозможно было бы сделать на обычном
бытовом языке.
Как математически доказать справедливость квантовой теории и теории
относительности? Математические формулы квантовой теории и теории
относительности переходят к классическим при условиях, что скорость
движения тела много меньше скорости света, а так же при переходе с
микроуровня на макроуровень. Таким образом, квантовая теория и теория
относительности являются расширением ньютоновской механики. Возможность
перехода к классическим законам в рамках математического формализма
подтверждает справедливость квантовой теории и теории относительности.
Особенностью языка является неточность его понятий. В ряде случаев
возникает путаница при использовании некоторых понятий, которые естественно
взяты из обыденного языка. Без обыденного языка, кстати сказать, нам не
удалось бы описать никакого опыта, прибора, установки.
Современное развитие физики показало, что необходимо четко себе
представлять границы применимости и понятий. Пространство, время, частица,
волна – все эти понятия имеют смысл лишь в том случае, когда они
применяются в условиях границ применимости.
Квантовая теория идет еще дальше. Реальность заставляет физиков
предлагать новую, неаристотелевскую логику. Оказывается, что закон
исключенного третьего не выполняется на микроскопическом уровне. Пример. В
некоем объеме существует атом, который мы наблюдаем с помощью излучения.
Мысленно разделим объем на две части. Атом может находиться или в правой
(условно) или в левой половине объема. При проверке излучением каждой из
половин по отдельности, мы получим некоторые сигналы, отношение которых
характеризует отношение вероятностей нахождения атома в обеих половинах.
Если же теперь одновременно облучить обе половины, то, как это ни странно,
сигнал не станет суммой предыдущих сигналов, что должно было быть при
справедливости закона исключенного третьего.
Новая логика получила название квантовой логики, ее основным автором
был Вайцзеккер. В основе квантовой логики лежит понятие значения истинности
– комплексная величина. Абсолютной истинности нет. Закон исключенного
третьего перешел в позволение сосуществования возможностей.
С чем же, все-таки, оперирует язык квантовой теории? Этот язык имеет
дело с фактами в мире тенденций, резюмирует автор.
Роль новой физики в современном развитии человеческого мышления.
Последняя глава книги В. Гейзенберга представляет собой подведение
итогов всей книги.
Развитие физики дало в руки человека огромную власть. Дело не только в
том, что появилось ядерное оружие, дело в том, что открытия современной
физики в состоянии послужить основой для создания других видов вооружений.
Совершенно ясно, что вероятность начала атомной войны мала, поскольку
противоборствующие стороны прекрасно понимают, что победителя в атомной
войне быть не может. Проиграет как агрессор, так и жертва. Та страна,
которая обладает мощным научно-техническим потенциалом и владеет
современными видами оружия способна оказывать сильнейшее политическое и
военное давление на другие страны даже без запугивания атомным ударом[vii].
Наука XIX века была костной, и в ее рамках не было места духу. Сейчас
же благодаря колебанию основ самой физики, изменению критериев
объективности, в исследование все более и более входит сам исследователь.
Картезианское разделение на субъект и объект уже не удовлетворяет
современному положению вещей.
Что касается языка, В. Гейзенберг в очередной раз подчеркивает, что
общие понятия не могут быть заменены ничем новым, несмотря на то, что они
приобретают иной смысл в определенных условиях. Все эксперименты,
результаты, приборы и установки описываются, и будут описываться обычным
языком. То же самое с логикой. Квантовая логика не заменит обычной, иначе
мы не сможем нормально общаться. Ведь специальный научный язык –
идеализация действительности в определенных аспектах. Реальный же язык
обладает всеми оттенками и чертами, которые подчас облегчают понимание даже
самых сложных явлений.
В. Гейзенберг выражает обеспокоенность в том, что прогресс вышел из-под
контроля. Человек стал работать на него с помощью него же и все более
делать себя зависимым от прогресса[viii]. В. Гейзенберг считает, что давно
пора подумать о том, как бы совсем не выпустить из рук развитие прогресса.
Теперь несколько слов о влиянии нового мышления на веру. Наивное и
невежественное отрицание веры и религии, якобы с позиций науки, в XIX веке
сменилось терпимым отношением к религии[ix]. Пришло, наконец, время понять,
пишет В. Гейзенберг, что понятия религии такая же реальность, но эти
понятия никак нельзя уложить в понятийный комплекс науки, а главное не
нужно. Другое дело, когда религия начинает толковать мир явлений со своих
позиций и противостоять новым взглядам. Религия не должна вклиниваться не в
ее область деятельности, иначе это приведет к существенным задержкам в
развитии науки.
Наконец последний вопрос, рассматриваемый В. Гейзенбергом, это вопрос
безопасности. Ученые и философы, как интеллектуально наиболее развитая
часть общества должны объединить свои усилия и направить их на поддержание
мира и стабильности во всем мире.
Содержание
Введение 2
Роль достижений современной физики в наши дни 3
История квантовой теории 3
Копенгагенская интерпретация квантовой теории 6
Квантовая теория и истоки учения об атоме 7
Развитие философских идей после Декарта в сравнении с современным
положением в квантовой теории 9
Соотношения квантовой теории и других областей современного естествознания.
12
Теория относительности 15
Критика и контрпредложения в отношении копенгагенской интерпретации
квантовой теории. 17
Квантовая теория и строение материи. 18
Язык и реальность в современной физике. 20
Роль новой физики в современном развитии человеческого мышления. 22
Содержание 24
Примечания 25
Примечания
-----------------------
[i] Ныне это соотношение называется принципом неопределенности Гейзенберга
и формально выражается следующим образом:
[pic],
где h = 6.626 075 5.10-34 Дж.с – минимальный квант действия.
[ii] Ситуация аналогична вычислению вероятности некоторого события a
posteriori, известному из теории вероятностей.
[iii] Пока еще химия оперирует с некоторыми понятиями, которые практически
не имеют строгого рационального базиса. Например, это относится к теории
ЖМКО (жестких и мягких кислот и оснований). Данная теория объясняет
некоторые особенности взаимодействия ряда веществ на основании довольно
субъективных представлений о «жесткости» и «мягкости» кислот и оснований.
[iv] В настоящее время возникают попытки реставрации теории мирового эфира.
Недавно один из этих «реставраторов» - к. т. н. Ацюковский - читал лекцию
на физическом факультете МГУ. Надо заметить, что, по всей видимости, этот
защитник мирового эфира довольно слабо себе представляет суть квантовой
теории. Например, для него неизвестно, почему же в исследовании микромира
имманентно присутствует неопределенность. По его словам, непонятно откуда
она берется и почему она имеет порядок постоянной Планка. В книге
Гейзенберга убедительно показан источник неопределенности и есть ответ на
вопрос г-на Ацюковского. Г-н Ацюковский высказывает еще много разных
«интересных мнений» и задает не менее интересные вопросы. Прочитать
«Эфиродинамику» Ацюковского можно по адресу:
http://www.volga.ru/tlt/nef/ether/veter.htm
[v] Гравитационные взаимодействия определяются искривлениями пространства
вблизи массивных тел, притяжение тел определяется их инертностью к
изменению своего пути в пространстве метрических и временных координат.
[vi] Точнее пространство представляет собой трубку, поверхность которой это
метрические координаты, а «высота» (или «длина») – временная координата.
[vii] Подтверждение слов Гейзенберга мы хорошо видим сегодня. Необязательно
пугать мир своими ядерными ракетами, достаточно иметь высокоточное оружие,
наводимое спутниками (ракеты типа SLAM и др.), а так же самолеты, невидимые
радарами, такие как американский «Stealth». В создании данного оружия
использованы физические принципы распространения и отражения радиоволн.
Существуют ракеты (типа Tomahawk), которые не надо наводить спутником во
время полета: достаточно задать цель на старте, а потом ракета не собьется
с курса благодаря гироскопу, вращающемуся в ее системе наведения. Здесь
используется закон сохранения момента импульса. А как ракета огибает горы?
Она посылает инфразвуковой сигнал, сканирующий поверхность земли.
Отраженные волны детектируются и преобразуются внутренним компьютером в
профиль поверхности, с учетом которого корректируется полет ракеты. Сам
внутренний компьютер построен на полупроводниковых чипах, разработанных на
основе недавно открытых физических явлений.
Легко видеть, что все перечисленные физические принципы, использованные в
создании таких мощных вооружений, являются достижениями 20-го века.
Использование же их в качестве источника давления хорошо продемонстрировано
Североатлантическим Блоком во время написания данной работы.
[viii] Это утверждение легко проиллюстрировать примером из области
вычислительной техники. Девизом разработчиков компьютеров является: мощнее,
быстрее, эффективнее. Теперь, предположим, что такую высокопроизводительную
и высокоэффективную систему поразил вирус. Все достоинства этой системы
теперь предоставлены ему. С такой же быстротой и эффективностью он принесет
большие убытки владельцам этой системы. Кстати сказать, сам компьютерный
вирус есть порождение прогресса.
[ix] Это, конечно же, не относится к бывшему СССР, где в течение почти
целого века вместо религии использовалась идеология, и все думали, что с
религией покончено. На самом деле эта идеология не то, что не отрицала
религии, а создала, по сути, некий идол. Чем материя, вечная,
неуничтожимая, не из чего никем не созданная отличалась от того, о чем нам
говорит религия о Боге? А несбыточная мечта об идеальном обществе? Не это
ли вожделенный во все времена Эдем? Истина подтверждается практикой: Рая на
земле для всех быть не может. Кто-то обязательно должен страдать в Аду.
Противостояние религии было бессмысленным, а главное безрезультативным
предприятием.
-----------------------
Московский Государственный Университет им. М.В. Ломоносова
Химический факультет
Физика и Философия
РЕФЕРАТ
аспирант 1 г/о кафедры химической энзимологии
Пожитков А. Е.
Москва 1999
