Реферат Успехи и недостатки теории Бора
Работа добавлена на сайт bukvasha.net: 2015-10-28Поможем написать учебную работу
Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
от 25%
Подписываем
договор
Средняя школа №45
Реферат по физике на тему:
УСПЕХИ И НЕДОСТАТКИ
ТЕОРИИ БОРА
| | Выполнили: ученицы 11-А класса Воробьева Е. Янбукова А. |
г. Астрахань, 2000 г.
Ядерная модель атома Резерфорда получила свое дальнейшее развитие благодаря работам Нильса Бора, в которых учение о строении атома неразрывно связывается с учением о происхождении спектров.
| |
| Бор (Bohr) Нильс Хенрик Давид (1885-1962) |
Линейчатые спектры получаются при разложении света испускаемого раскаленными парами или газами. Каждому элементу отвечает свой спектр, отличающийся от спектров других элементов. Большинство металлов дает очень сложные спектры, содержащие огромное число линий (в железе до 5000), но встречаются и сравнительно простые спектры.
Развивая ядерную теорию Резерфорда, ученые пришли к мысли, что сложная структура линейчатых спектров обусловлена происходящими внутри атомов колебаниями электронов. По теории Резерфорда, каждый электрон вращается вокруг ядра, причем сила притяжения ядра уравновешивается центробежной силой, возникающей при вращении электрона. Вращение электрона совершенно аналогично его быстрым колебаниям и должно вызвать испускание электромагнитных волн. Поэтому можно предположить, что вращающийся электрон излучает свет определенной длины волны, зависящий от частоты обращения электрона по орбите. Но, излучая свет, электрон теряет часть своей энергии, в следствие чего нарушается равновесие между ним и ядром; для восстановления равновесия электрон должен постепенно передвигаться ближе к ядру, причем так же постепенно будет изменяться частота обращения электрона и характер испускаемого им света. В конце концов, исчерпав всю энергию, электрон должен "упасть" на ядро, и излучение света прекратится. Если бы на самом деле происходило такое непрерывное изменение движения электрона, то и спектр получался бы всегда непрерывный, а не с лучами определенной длины волны. Кроме того, "падение" электрона на ядро означало бы разрушение атома и прекращения его существования. Таким образом, теория Резерфорда была бессильна объяснить не только закономерности в распределении
| Планк (Planck) Макс (1858-1947) |
линий спектра, ни и само существование линейчатых спектров. В 1913 г. Бор предложил сою теорию строения атома, в которой ему удалось с большим искусством согласовать спектральные явления с ядерной моделью атома, применив к последней так называемую квантовую теорию излучения, введенную в науку немецким ученым-физиком Планком. Сущность теории квантов сводится к тому, что лучистая энергия испускается и поглощается не непрерывно, как принималось раньше, а отдельными малыми, но вполне определенными порциями - квантами энергии. Запас энергии излучающего тела изменяется скачками, квант за квантом; дробное число квантов тело не может ни испускать, ни поглощать. Величина кванта энергии зависит от частоты излучения: чем больше частота излучения, тем больше величина кванта. Кванты лучистой энергии называются также фотонами. Применив квантовые представления к вращению электронов вокруг ядра, Бор положил в основу своей теории очень смелые предположения, или постулаты. Хотя эти постулаты и противоречат законам классической электродинамики, но они находят свое оправдание в тех поразительных результатах, к которым приводят, и в том полнейшем согласии, которое обнаруживается между теоретическими результатами и огромным числом экспериментальных фактов. Постулаты Бора заключаются в следующем: Электрон может двигаться вокруг не по любым орбитам, а только по таким, которые удовлетворяют определенными условиям, вытекающим из теории квантов. Эти орбиты получили название устойчивых или квантовых орбит. Когда электрон движется по одной из возможных для него устойчивых орбит, то он не излучает. Переход электрона с удаленной орбиты на более близкую сопровождается потерей энергии. Потерянная атомом при каждом переходе энергия превращается в один квант лучистой энергии. Частота излучаемого при этом света определяется радиусами тех двух орбит, между которыми совершается переход электрона. Чем больше расстояние от орбиты, на которой находится электрон, до той, на которую он переходит, тем больше частота излучения. Простейшим из атомов является атом водорода; вокруг ядра которого вращается только один электрон. Исходя из приведенных постулатов, Бор рассчитал радиусы возможных орбит для этого электрона и нашел, что они относятся, как квадраты натуральных чисел: 1 : 2 : 3 : ... n Величина n получила название главного квантового числа. Радиус ближайшей к ядру орбиты в атоме водорода равняется 0,53 ангстрема. Вычисленные отсюда частоты излучений, сопровождающих переходы электрона с одной орбиты на другую, оказались в точности совпадающими с частотами, найденными на опыте для линий водородного спектра .Тем самым была доказана правильность расчета устойчивых орбит, а вместе с тем и приложимость постулатов Бора для таких расчетов. В дальнейшем теория Бора была распространена и на атомную структуру других элементов, хотя это было связанно с некоторым трудностями из-за ее новизны.
Теория Бора позволила разрешить очень важный вопрос о расположении электронов в атомах различных элементов и установить зависимость свойств элементов от строения электронных оболочек их атомов. В настоящее время разработаны схемы строения атомов всех химических элементов. Однако, иметь ввиду, что все эти схемы это лишь более или менее достоверная гипотеза, позволяющая объяснить многие физические и химические свойства элементов. Как известно, число электронов, вращающихся вокруг ядра атома, соответствует порядковому номеру элемента в периодической системе. Электроны расположены по слоям, т.е. каждому слою принадлежит определенное заполняющие или как бы насыщающее его число электронов. Электроны одного и того же слоя характеризуются почти одинаковым запасом энергии, т.е. находятся примерно на одинаковом энергетическом уровне. Вся оболочка атома распадается на несколько энергетических уровней. Электроны каждого следующего слоя находятся на более высоком энергетическом уровне, чем электроны предыдущего слоя. Наибольшее число электронов N, могущих находиться на данном энергетическом уровне, равно удвоенному квадрату номера слоя:
N=2n*n
где n-номер слоя. Кроме того, установлено, что число электронов в наружном слое для всех элементов, кроме палладия, не превышает восьми, а в предпоследнем - восемнадцати. Электроны наружного слоя, как наиболее удаленные от ядра и, следовательно, наименее прочно связанные с ядром, могут отрываться от атома и присоединяться к другим атомам, входя в состав наружного слоя последних. Атомы, лишившиеся одного или нескольких электронов, становятся заряженные положительно, так как заряд ядра атома превышает сумму зарядов оставшихся электронов. Наоборот атомы присоединившие электроны становятся заряженные отрицательно. Образующиеся таким путем заряженные частицы, качественно отличные от соответствующих атомов. называются ионами. Многие ионы в свою очередь могут терять или присоединять электроны, превращаясь при этом или в электронейтральные атомы, или в новые ионы с другим зарядом. Теория Бора оказала огромные услуги физике и химии, подойдя, с одной стороны, к раскрытию законов спектроскопии и объяснению механизма лучеиспускания, а с другой - к выяснению структуры отдельных атомов и установлению связи между ними. Однако оставалось еще много явлений в этой области, объяснить которые теория Бора не могла.
Движение электронов в атомах Бор представлял как простое механическое, однако оно является сложным и своеобразным. Это своеобразие было объяснено новой квантовой теорией. Отсюда и пошло: «Карпускулярно-вролновой дуализм».
Идея соответствия играла главную роль в формировании и развитии концепции дополнительности Бора, ставшей ядром копенгагенской интерпретации квантовой теории. Согласно этой концепции, для полноты описания явления в микромире необходимо использовать классические понятия, которые, хотя и являются взаимоисключающими, но взаимно дополняют друг друга и дают исчерпывающую информацию о явлении.
Рассказывают, что когда Н.Бор был в Японии, на о.Хонсю, то, любуясь Фудзиямой, он назвал ее «воплощением самой идеи дополнительности». Бор говорил, что только совокупность различных восприятий под разными углами и с различных позиций может передать полную очарования картину воздушных и стройных линий горы, как это пытался сделать и сделал Хокусай в своих знаменитых «Ста картинах Фудзиямы». Именно в этом и состоит идея дополнительности: не отдавать предпочтение какому-либо отдельному наблюдению, аспекту, стороне, свойству, а считать, что все различные наблюдения, аспекты, взгляды необходимы как взаимодополняющие друг друга элементы, дающие максимально полное в данной познавательной ситуации описание объекта исследования. Концепция дополнительности, появившаяся как необходимое условие для объяснения и понимания квантовой проблемы, прекрасная в принципе, превратилась в своеобразный стиль мышления, который по существу своему глубоко диалектичен.
Рассмотривая связь между дополнительностью и соответствием и между дополнительностью и относительностью, необходимо кратко остановиться на возможности толкования принципа дополнительности как универсального принципа и на некоторых возражениях против такого толкования. Столь пристальное внимание к принципу дополнительности не случайно. В дальнейшем станет ясно, что связь между дополнительностью, соответствием и относительностью существенна, поскольку лежит в фундаменте общей системы методологических принципов.
Начнем со связи между дополнительностью и соответствием. Еще в самом начале создания теории атома водорода Бор применял неквантовые понятия к квантовой физике настолько, насколько это было возможно, невзирая на распространенное мнение о том, что классические понятия неадекватны в квантовой области. Бор понимал, что переход к атомным системам нельзя осуществить в полной мере с помощью классического аппарата, но отмечал, что «динамическое равновесие системы в стационарных состояниях можно рассматривать с помощью обычной механики», правда «переход системы из одного стационарного состояния в другое нельзя трактовать на этой основе»1. Известно было также, что законы, относящиеся к области длинноволнового излучения, соответствуют законам классической электродинамики. Такая аналогия, точнее соответствие, выглядела вначале сугубо формальной, но в дальнейшем стала очевидной ее исключительная плодотворность. Опираясь на аналогию, Бор строил мост к будущей концепции дополнительности. Он с полным основанием утверждал, что, несмотря на фундаментальные различия между классической теорией излучения и квантовой идеей, можно получать результаты, основанные на квантовых представлениях, но дополняющие выводы, основанные на классической теории, и в то же время дополняемые ими.
Так по пути аналогии Бор закономерно пришел к принципу соответствия, а от него к принципу дополнительности. Это не случайно, потому что такой путь есть путь симметрии. Аналогия как единство противоположностей (изменения и сохранения) является специфической формой симметрии. И если принцип соответствия требует рассматривать квантовую теорию как рациональное обобщение классической теории излучения, то по аналогии Бор утверждает, что принцип дополнительности является рациональным обобщением самого классического идеала причинности. «Дополнительный способ описания,— подчеркивает Бор,— в действительности не означает произвольного отказа от привычных требований, предъявляемых ко всякому объяснению; напротив, он имеет целью подходящее диалектическое выражение действительных условий анализа и синтеза в атомной физике»2.
Как можно видеть, Бор хотя и противопоставляет понятия дополнительности и причинности, но не разводит их настолько, чтобы между ними оставалась непроходимая пропасть: дополнительность он рассматривает как момент в движении физики к идеалу причинности. Ученый утверждает, что понятие дополнительности есть рациональное развитие «наших способов классифицировать и понимать новые опытные факты, которые по своему характеру не находят себе места в рамках причинного описания; последнее годится для объяснения поведения объектов, только пока это поведение не зависит от способов наблюдения. Точка зрения дополнительности далека от какого-либо мистицизма, противоречащего духу науки; в действительности она представляет собой последовательное обобщение идеала причинности»3. Тем самым единый классический идеал причинности в квантовой физике раздваивается, т.е. «пространственно-временную координацию и динамические законы сохранения можно рассматривать как два дополнительных аспекта обычной причинности, которые в этой области до некоторой степени исключают друг друга, хотя ни один из них не теряет своей внутренней законности»4. В этих размышлениях Бора видна связь, аналогия, преемственность между принципами соответствия и дополнительности: два дополнительных аспекта не исчезают, а сохраняются в новом квантовом описании, поскольку этого требует идея соответствия.
Итак, принцип соответствия приводит Бора к концепции дополнительности. С течением времени Бор все более убеждается, что классические понятия никогда не будут отстранены от квантовой теории. Он считает, что «любое описание природы должно быть основано на использовании представлений, введенных и определенных классической теорией. В связи с этим встает вопрос о возможности представления принципов квантовой теории в такой форме, чтобы это использование классических представлений оказалось свободным от противоречий»5.
Необходимость применения классических понятий в квантовой физике следует из того факта, что мы не можем сообщать друг другу результаты экспериментов никак иначе, кроме как посредством нашего обыкновенного классического языка, классических понятий, выработанных в результате нашего повседневного классического опыта. Бор пишет, что «цель всякого физического опыта есть получение данных при воспроизводимых и поддающихся словесной передаче условиях. Эта цель не оставляет нам никакого другого выбора, как пользоваться повседневными понятиями, может быть улучшенными терминологией классической физики, не только при описании устройства и работы измерительных приборов, но также и при описании получаемых экспериментальных результатов»6.
И в дальнейшем Бор последовательно проводит эту мысль: «...Как бы далеко ни выходили квантовые эффекты за пределы возможностей анализа классической физики, — пишет ученый в статье «О понятиях причинности и дополнительности», — описание экспериментальной установки и регистрация результатов наблюдения всегда должны производиться на обычном языке, дополненном терминологией классической физики. Это есть простое логическое требование, поскольку слово «эксперимент» в сущности может применяться лишь для обозначения такой ситуации, когда мы можем рассказать другим, что мы сделали и что узнали в итоге»7. В статье «Максвелл и современная теоретическая физика» Бор также подчеркивает, что всякое физическое описание необходимо осуществлять на языке классической физики: «...Мы должны осознать, что недвусмысленное истолкование любого измерения должно быть по существу выражено в терминах классических теорий, и мы можем сказать, что в этом смысле язык Ньютона и Максвелла останется языком физиков на все времена»8. В дискуссии с А.Эйнштейном он снова утверждает, что «как бы далеко ни выходили явления за рамки классического физического объяснения, все опытные данные должны описываться при помощи классических понятий»9.
Из-за исключительной важности этой идеи А.3.Петров предложил назвать ее принципом Бора, который можно сформулировать следующим образом: теория должна быть такой, чтобы она соответствовала терминологии, понятиям и информации, получаемой в ходе экспериментов10. Этот принцип вместе с принципами соответствия и дополнительности выражает сущность «квантовой гносеологии». В совокупности они обеспечивают условия создания истинной физической теории — сохранение классических понятий и возможность сравнивать теоретические выводы с экспериментальными данными. Но, следовательно, данный принцип, по существу, представляет собой принцип сохранения, утверждающий, что при переходе от классической теории к квантовой классический язык сохраняется.
С точки зрения П.Фейерабенда, Дж.Холтона, В.П.Хютта и некоторых других исследователей, принцип дополнительности представляет собой высший этап в развитии квантовой теории, так как дополнительность хорошо согласует квантовое содержание явления и его классическое описание, сглаживает между ними контрасты. Классическое описание физической реальности, которое требует соответствия, остается, но как особый, дополнительный способ.
Известно, что Бор давал много формулировок дополнительности, но не употреблял слово «принцип». Одна из этих формулировок приведена в последней его работе, изданной уже посмертно: невозможность объединить явления, наблюдавшиеся при различных экспериментальных условиях, в единую классическую картину делает необходимым рассматривать такие явления, выглядящие противоречивыми, как дополнительные в том смысле, что они, взятые вместе, исчерпывают все появляющиеся определенные выводы об атомных объектах. Поэтому сущность принципа дополнительности, как отмечает В.П.Хютт, сводится к признанию, что полное описание квантового явления с помощью классических представлений и понятий возможно только при наличии двух дополнительных по отношению друг к другу систем понятий13. Дополнительность двух концептуальных систем означает, что, во-первых, концептуальные системы являются с классической точки зрения взаимоисключающими, но создают единую наглядную картину; во-вторых, взятые вместе, две эти системы дают исчерпывающую информацию о квантовом объекте, при этом какой-либо одной системы самой по себе для полного описания микрообъекта недостаточно; в-третьих, две концептуальные системы эквивалентны и ни одна из них не может быть единственно истинной.
В принципе дополнительности, согласно В.П.Хютту, проявляется своеобразный, негегелевский тип диалектики, поскольку ни тезис, ни антитезис не могут быть «сняты» при превращении сущности в сущность более высокую. Альтернатива продолжает существовать в форме «или одно, или другое», при этом выбор зависит от экспериментальных условий. Как писал Дж.Холтон, через принцип дополнительности Бор предложил новую, не известную до него форму выражения физического знания, в соответствии с которой две альтернативы физического объяснения явления — и тезис, и антитезис — должны применяться одновременно, хотя каждая сама по себе не является адекватной. Альтернативы остаются в состоянии конфронтации, но развиваются параллельно, а не поглощают одна другую через «снятие», как того требует гегелевская диалектика, трактующая движение в качестве однолинейного прогрессивного восхождения. Дополнительность, и это весьма важно с позиций современной физики, не ставит вопрос о «снятии» классического способа описания как неадекватного, а наоборот, классическая физика сохраняет относительную самостоятельность при описании квантовых объектов. Мало того, совместное приложение двух способов описания — классического и квантового — может дать полное описание. Следовательно, концепция дополнительности отражает особый, негегелевский тип диалектики в развитии понятий.
Другой точки зрения придерживается В.Т.Мещеряков, утверждающий, что дополнительность есть особая форма соответствия. Сразу необходимо отметить, что этот исследователь отстаивает широкое понимание термина «соответствие». По его мнению, соответствие предполагает два вида отношений: между первичным и вторичным как двумя различными стадиями в развитии данной системы и между двумя взаимодействующими сторонами одного целого. Эти два вида отношений соответствия позволяют различать характер и сущность указанных сторон, поскольку выражают единство состояний и свойств, но вместе с тем образуют единство, в котором внутренние отношения являются источником развития. Отсюда В.Т.Мещеряков выделяет два вида соответствия: функциональное (преемственное, последовательное) и дополнительное (параллельное). Функциональное соответствие отражает движение от старого к новому, от простого к сложному и неизбежно порождает дополнительное соответствие между тем, что сохранилось от старого, и новым, которое появилось на основе старого. Связь между этапами развития теории отвечает функциональному соответствию, так как важнейшей чертой этого вида соответствия является преемственность14.
Что касается дополнительности, то В.Т.Мещеряков предполагает, что она характеризует признаки сходства и различия, как и функциональное соответствие, но при этом отличается от последнего. Исследователь утверждает, что дополнительность как отношение представляет собой разновидность функционального соответствия и отличается от него прежде всего тем, что выражает связь не стадий, а сторон, составных частей, элементов системы как некоторой качественной определенности15.
Такие взгляды привели В.Т.Мещерякова к заключению, что в результате изучения проблемы квантово-волнового дуализма и анализа отношения между новой квантовой и старой классической теориями содержание физической теории обогатилось двумя видами соответствия — функциональным и дополнительным. И если функциональное соответствие отражает объективную преемственность в развитии системы, то дополнительное соответствие само имеет объективный характер, и, следовательно, дополнительность представляет собой не только методологическое правило, сознательное приложение которого оказывается эффективным в теоретической деятельности: объективная дополнительность как фундаментальное свойство, присущее объекту познания, облегчает задачу дальнейшего изучения отношений противоположностей16.
Другие авторы, и в частности И.С.Алексеев, Л.Б.Баженов, У.А.Раджабов, не согласны с таким подходом, когда два принципа квантовой теории рассматриваются в определенной иерархической зависимости: соответствие как форма пояснения дополнительности или наоборот. Как считает И.С.Алексеев, едва ли целесообразно в логическом отношении отдавать преимущество той или иной идее. По его мнению, точнее будет трактовать эти принципы как два разных частных проявления общей идеи «рационального обобщения» классической физики. При таком толковании ни соответствие, ни дополнительность не являются логически первичным принципом по отношению к другому. Исторически первой появилась идея соответствия, ставшая концептуальной предпосылкой дополнительности, с помощью которой впервые было осуществлено рациональное обобщение классических представлений и признана необходимость неклассического использования классических понятий в квантовой области. Появление этой идеи фактически означало реализацию дополнительного способа мышления17.
У последователей Бора тоже нет единого взгляда на логическую связь между идеями соответствия и дополнительности. Одни авторы считают, что идея соответствия — это специфическая характеристика квантового способа описания. Идея соответствия представляет собой эпистемологическое ядро копенгагенской интерпретации, поскольку дополнительность выражает специфические особенности квантового обобщения. Другие авторы, например Дж.Холтон, М.Джеммер, такой интерпретации не придерживаются.
Все эти рассуждения позволяют рассмотреть возможность определения
Бор убежден, что квантовая теория дает «средство для освещения самых общих вопросов человеческого мышления»21. Он видит аналогию между связью атомных явлений с их наблюдениями и психологическими процессами, где трудно отделить объективное содержание от наблюдающего субъекта. «...С одной стороны, описание нашей мыслительной деятельности требует противопоставления объективно заданного содержания и мыслящего субъекта, а с другой, как уже ясно, — ...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 однозначному описанию. Строго говоря, глубокий анализ любого понятия и его непосредственное применение взаимно исключают друг друга»22.
Бор переносит свою концепцию дополнительности и в область биологии. Он обосновывает мысль, что два подхода — биологический и физико-химический — дополнительны. Биологические и физические исследования несопоставимы, поскольку для тех и других существуют свои ограниченные области реальности. Ведь если мы представим полностью уничтоженный живой организм, то как мы узнаем, какова роль отдельных атомов в жизненных процессах? Во всяком опыте над живым организмом имеется некоторая неопределенность в физических условиях, и поэтому «возникает мысль, что минимальная свобода, которую мы вынуждены предоставлять организму, как раз достаточна, чтобы позволить ему, так сказать, скрыть от нас свои последние тайны. С этой точки зрения самое существование жизни должно в биологии рассматриваться как элементарный факт, подобно тому, как в атомной физике существование кванта действия следует принимать за основной факт, который нельзя вывести из обычной механической физики. Действительно, существенная несводимость факта устойчивости атомов к понятиям механики представляет собой близкую аналогию с невозможностью физического или химического объяснения своеобразных отправлений, характеризующих жизнь»23.
Согласно Бору, фундаментальное различие между биологическими и физическими исследованиями делает невозможным установление твердых границ приложения физических идей к решению биологических проблем, границ, которым соответствовало бы в квантовой механике различие между причинным механистическим описанием и описанием собственно квантовых явлений. «...Сущность рассматриваемой аналогии,— пишет Бор,— это очевидное антагонистическое отношение между такими типичными сторонами жизни, как самосохранение и размножение индивидуумов, с одной стороны, и необходимое для всякого физического анализа подразделение объекта — с другой»24. Бор полагает, что биологические законы являются дополнительными к законам, которым подчиняется неживая природа. Значение идеи дополнительности в биологии ученый видит также в том, что «принцип дополнительности отвергает всякий компромисс с каким-либо антирационалистическим витализмом», и в то же время он «с равным успехом может служить разоблачению определенных предрассудков так называемого механистического понимания»25.
В лекции «Философия естествознания и культуры народов», прочитанной в 1939 г. в замке Кронеборг, где развивалось действие шекспировского «Гамлета», Бор попытался приложить свою идею дополнительности к социологии. Опять же идя по пути аналогий, он предположил, что «при изучении человеческих культур, отличных от нашей собственной, мы имеем дело с особой проблемой наблюдения, которая при ближайшем рассмотрении обнаруживает много признаков, общих с атомными или психологическими проблемами»26. Далее Бор говорит, что «особенно при изучении культур первобытных народов этнологи не только отдают себе отчет о риске испортить такую культуру неизбежным контактом, но встречаются, кроме того, и с проблемой воздействия таких исследований на их собственную позицию как людей»27. «Я имею здесь в виду,— поясняет он, — хорошо знакомое исследователям неизвестных стран потрясение их собственных, до тех пор не осознанных предрассудков, которое они испытывают, встретив неожиданную внутреннюю гармонию, которую человеческая жизнь может представить даже при условиях и традициях, радикально отличных от их собственных»28.
По мнению Бора, различные человеческие культуры дополнительны друг к другу. При этом «каждая культура представляет собой гармоническое равновесие традиционных условностей, при помощи которых скрытые потенциальные возможности человеческой жизни могут раскрыться так, что обнаружат новые стороны ее безграничного богатства и многообразия»29. Но поскольку нет абсолютно самобытных культур, Бор и предположил, что в области этнографии применима идея дополнительности, которая будет способствовать взаимопониманию, ибо «в этой области не может быть и речи о таких взаимно исключающих друг друга соотношениях, как те, которые имеются между дополнительными данными о поведении четко определенных атомных объектов»30.
Полагая, что главным препятствием в установлении непредубежденных отношений между различными человеческими культурами являются глубокие различия между традициями, Бор считал, что эти различия исключают всякое простое сравнение культур. И именно здесь велика роль дополнительностикак средства, позволяющего выйти из такого положения. Дополнительный способ мышления может открыть большие перспективы для гуманитарных исследований. Суть же последних состоит в том, чтобы «все больше и больше расширяя наши знания по истории развития культуры, способствовать тому постепенному устранению предубеждений, которое является общей целью всех наук»31.
Аналогичным образом Бор рассматривает и отношения между наукой и искусством, между наукой и религией. Кроме того, он предполагает, что положение отдельного индивида в обществе описывается типично дополнительными характеристиками, которые зависят от соотношения (весьма подвижного) между личностными ценностями и общественными нормами. Общую цель всех культур Бор видит в теснейшем сочетании «справедливости и милосердия, какого только можно достигнуть; тем не менее следует признать, что в каждом случае, где нужно строго применить закон, не остается места для проявления милосердия, и наоборот, доброжелательство и сострадание могут вступить в конфликт с самими принципами правосудия. Во многих религиях этот конфликт иллюстрируется мифами о битвах между богами, олицетворяющими такие идеалы, а в древневосточной философии это подчеркивается следующим мудрым советом: добиваясь гармонии человеческой жизни, никогда не забывай, что на сцене бытия мы сами являемся как актерами, так и зрителями»32.
Рассуждая на основе метода аналогии и выявляя общие черты микрообъектов, живых организмов, сознания, общества и человеческих культур, Бор превратил свой принцип дополнительности из физического в универсальный философский принцип с наиболее общим методологическим значением. «В общефилософском аспекте, — писал он, — знаменательно здесь то, что в отношении анализа и синтеза в других областях знания мы встречаемся с ситуациями, напоминающими ситуацию в квантовой физике. Так, цельность живых организмов и характеристики людей, обладающих сознанием, а также и человеческих культур представляют черты целостности, отображение которых требует типично дополнительного способа описания. Передача опытных фактов в этих обширных областях знания требует богатого словаря, а из-за того, что словам иногда придается различный смысл, и прежде всего из-за различия в принятых в философской литературе толкованиях понятия причинности, цель такого рода сопоставлений часто понималась превратно. Но постепенно развитие терминологии, пригодной для описания более простой ситуации в области физики, показывает, что мы имеем здесь дело не с более или менее туманными аналогиями, а с отчетливыми примерами логических связей, которые в разных контекстах встречаются в более широких областях знания»33.
Концепция дополнительности Бора, — по словам Л. де Бройля, одна из наиболее оригинальных идей — вызвала много споров и дискуссий, которые не прекращаются и сейчас. По поводу дополнительности высказываются самые различные точки зрения и самые противоречивые оценки. Здесь налицо весь спектр мнений: от полного признания взглядов Бора до полного и категорического их отрицания. И это не случайно. Бор делил истины на две категории, о которых мы уже неоднократно говорили. Дополнительность относится, по его терминологии, к категории «глубоких истин». Именно поэтому она и составила предмет горячих споров и долгих дискуссий, стала объектом обширнейших исследований. Как совершенно справедливо отметил С.В.Остапенко, квантовая механика поставила человека в ситуацию, когда вековая психологическая потребность в твердом и однозначном ответе на все вопросы явно вступила в противоречие с реальностью, о чем свидетельствует современный этап развития научного познания34.
Необходимо отметить, что и в рамках копенгагенской интерпретации квантовой механики по поводу идеи дополнительности существовали серьезные разночтения. Даже сторонники Бора не имели единого мнения относительно дополнительности. Образно говоря, копенгагенская интерпретация — это не единая позиция, а единый фронт взаимно дополнительных позиций. По мысли К.Вейцзеккера, эта интерпретация хотя и корректна и неизбежна, но никогда не была полностью ясна и сама нуждалась в интерпретации. Да и философская интерпретация дополнительности представляет собой проблему. И если Вейцзеккер пытался понять сущность дополнительности в свете философии Канта, то другие авторы трактовали ее с позиций прагматизма. Если П.Иордан смотрел на дополнительность через призму позитивизма, то Л.Розенфельд — ближайший сотрудник Бора — обращался к диалектическому материализму, а сам Бор вообще воздерживался от развернутой и однозначной философской оценки.
Разногласия относительно дополнительности в копенгагенской школе квантовой механики послужили одной из причин того, что идея дополнительности не получила полного признания. И в то же время М.Джеммер утверждал, что после 1927 г. в течение двух с половиной десятилетий эта идея стала единственной общепризнанной концепцией и осталась таковой до сих пор для большинства физиков35. Другой причиной отсутствия полного доверия к взглядам Бора было то, что идея дополнительности не может быть выведена непосредственно из квантовой механики. И это самый серьезный упрек в адрес данной идеи: действительно, из математического формализма квантовой механики она не выводится. Однако это не недостаток идеи дополнительности, а скорее ее достоинство. Именно поэтому дополнительность предстает перед нами как высшая форма качественного объяснения, и нет никакой необходимости искать указаний на то, какой математический формализм за нее ответствен. От качества нельзя требовать выводимости его из количества. Так, например, на основе понятия «вода» нельзя делать заключения, из какого количества воды складывается капля или море. Наконец, существенно и то, что, как отмечал П.Фейерабенд, идея дополнительности не представляет собой «последнее слово». Естественно, в сегодняшнем своем виде она вообще не может быть «последним словом», так как ничто не может претендовать на статус «абсолютной истины». Однако согласно принципу соответствия, как бы ни изменялась в будущем идея дополнительности, взгляды Бора останутся в золотой сокровищнице человеческого познания.
Современные альтернативы концепции дополнительности, как считает В.П.Хютт, могут быть разделены на три группы: 1) математико-физические альтернативы, основанные на надежде так изменить уравнение Шредингера, чтобы стало возможным вывести «скрытые параметры» и тем самым узаконить классическую онтологию; 2) математико-логические альтернативы, в рамках которых формализм квантовой теории сохраняется, но пересматривается логика перехода от экспериментальных данных к физическому их толкованию таким образом, что будут опровергнуты фундаментальные методологические принципы дуализма, неопределенности и дополнительности; 3) критика методологических и философских оснований данной концепции, поскольку полный отказ от идеи дополнительности без критики и объяснения ее сущности не есть положительная разработка проблемы, тем более что в квантовой механике она является принципиально необходимой для интерпретации последней. Общим для всех этих альтернатив является стремление преодолеть идею дополнительности, утвердить онтологию классической физики, закрепить представления классической физики о микрообъектах как классических частицах, движущихся по строго определенным траекториям и подчиняющихся строгому лапласовскому детерминизму.
Что касается альтернатив первого типа, то вопреки стараниям приверженцев теории «скрытых параметров» она до сих пор не достигла каких-либо успехов. И, на наш взгляд, прежде всего потому, что подобные попытки, как и сама гипотеза «скрытых параметров», по крайней мере в нынешних ее вариантах, не отвечают принципу простоты.
Характерным примером второго типа альтернатив являются идеи К.Поппера. Как было показано Фейерабендом, взгляды Поппера представляют собой некую смесь мыслей Бора, идей вероятностной логики, а также идеи «скрытых параметров», поскольку Поппер приписывает частицам точные координаты в данный, точно определяемый (фиксируемый) момент времени. По мнению В.П.Хютта, концепция Поппера близка к теории квантовых ансамблей Д.И.Блохинцева, которую в свое время критиковал В.А.Фок.
К третьему типу альтернатив концепции дополнительности относят, например, критику, которую развивают М.Бунге и И.Лакатоши. Согласно Бунге, концепция дополнительности не является частью или разделом квантовой теории. Идея дополнительности, считает он, хотя и выглядит разумной в квантовой теории, когда люди мыслят с помощью классических образов, в наше время исчерпала свои потенции. Сегодня эта идея стала оправданием неясности и противоречий36. Но это еще не все: Бунге отрицает также всеобщий характер связи между массой и энергией, соотношение неопределенностей энергии-времени, существование виртуальных квантов. Но такая «философия физики», которая позволяет отрицать основные законы природы, едва ли объективна, как на то претендует ее автор.
В историческом плане в обсуждении методологических и философских проблем квантовой теории, согласно А.Поликарову, отчетливо выделяются три основных этапа. Первый этап определяется становлением квантовой механики, которая предстает как контраверсия многим физическим и философским идеям. На этом этапе происходит интереснейшая и плодотворная дискуссия между Бором и Эйнштейном, выступавшим против дополнительности. Начало 50-х годов стало началом второго этапа, связанного с дискуссиями по фундаментальным проблемам квантовой теории. Линия Эйнштейна была продолжена в работах Д.Бома и Л. де Бройля, которые попытались реализовать идею «скрытых параметров» и вернуться назад, к классическим представлениям. Современный этап, начавшийся в середине 60-х годов, характеризуется тем, что вновь значительно повысился интерес к философским проблемам квантовой теории, и более всего — к проблемам причинности в частности и детерминизма в целом37.
Остановимся кратко на основных контраверсиях. Эйнштейн полагал, что хотя квантовая теория удовлетворительно объединяет описание корпускулярных и квантовых свойств материи, но принципиально неудовлетворительно в ней отношение к тому, что, с его точки зрения, является «высшей целью всей физики: полному описанию реального состояния произвольной системы (существующего, по предположению, независимо от акта наблюдения или существования наблюдателя)»38. Такой классический идеал физической картины мира был единственно приемлемым для Эйнштейна, и поэтому объективно реальным ученый считал то, что относится к объектам. Иными словами, объективная реальность — это объектная реальность. А так как реальность не зависит от какого-то измерения или наблюдения, то все измерительные процедуры и условия наблюдения с этих позиций необходимо рассматривать как субъективные, поскольку они относятся к познанию объективной, т.е. объектной, реальности, но не к ней самой. Поэтому Эйнштейн считал, что нельзя согласиться с истинностью теоретического описания, если оно зависит от наблюдения, как того требует концепция дополнительности.
В качестве контраверсии такому классическому пониманию физической реальности, в соответствии с которым объективное значит объектное, Бор выдвигает свое «рациональное обобщение», расширяющее понятие объективного. Согласно Бору, объективны не только объектное и не только характеристики исследуемого объекта — объективны также приемы исследования и характеристики приборов и измерительных процедур. Понятие объективного у Бора выходит за традиционные, классические рамки и включает представление о том, что относится к приборам и измерительным процедурам, т.е. о том, что с классических позиций считалось субъективным. Если в классической физике граница между субъективным и объективным была абсолютной, то в физике микромира она становится относительной. Диалектический путь познания как восхождение от абстрактного к конкретному в данном случае реализуется как отрицание абсолютной границы между субъективным и объективным и требует понимания ее относительности.
Само объективное существование кванта действия является причиной того, что «поведение атомных объектов невозможно резко отграничить от их взаимодействия с измерительными приборами, фиксирующими условия, при которых происходят явления»39. Эта невозможность установления твердых границ между объектом и прибором лишает смысла классическое представление об абсолютно фиксированном различии между прибором и объектом. Противопоставление объекта и прибора оказалось не абсолютным, а сами они — не независимыми друг от друга, причем их взаимозависимость, как выяснилось, определяется экспериментальными условиями. Но поскольку в соответствии с классической позицией то, что относится к прибору, субъективно, постольку допущение относительности границы между прибором и объектом приводит, если следовать за Эйнштейном, к отказу от изучения природы как объективной реальности. Именно такие различные трактовки объективного и субъективного в физическом познании стали основой полемики между Бором и Эйнштейном.
В свете сказанного изложенная выше позиция М.Бунге, суть которой заключается в отрицании дополнительности, обусловлена, видимо, тем, что этот исследователь стоит на классических позициях в интерпретации объективности физического познания. Поскольку для Бунге объективное означает относящееся и принадлежащее к объекту, постольку квантовая механика, по его мнению, имеет дело не с наблюдаемыми реальными объектами, а с экспериментальными приборами. И поэтому ученый считает, что дополнительность ведет к отказу от объективности.
Попытки Бора применить идею дополнительности вне рамок физики, в других областях знания, были встречены по-разному. Большинство его сотрудников признавали универсальный характер дополнительности. Согласно Л.Розенфельду, принцип дополнительности необходим, так как обеспечивает возможность широкого описания фундаментальных закономерностей природы, которые не могут быть охвачены единственной картиной. Но, подчеркивал Розенфельд, все попытки построить систему философии по Бору противоречат его собственным установкам, потому что философия Бора ориентирована на сведение всех законов природы к небольшому числу принципов. Характерно, что Бор даже избегал слова «принцип».
В.Гейзенберг также отстаивал мысль, что дополнительность имеет универсальный характер. И в контексте развития физики, полагал он, эта идея пробуждает надежды на то, что «в окончательном состоянии различные культурные традиции, новые и старые, будут сосуществовать, что весьма разнородные человеческие устремления могут быть соединены для того, чтобы образовать новое равновесие между мыслями и действием, между созерцательностью и активностью»41. М.Борн считал, что идея дополнительности имеет всеобщее значение, потому что существует много областей человеческой деятельности, где один и тот же факт можно рассматривать в различных, но взаимодополняющих аспектах42. Он был согласен с Бором в том, что представление о дополнительности можно применить в других областях знания, в частности в биологии, психологии, философии, политике, и заявлял, что не следует отказываться от такого обогащения нашего мышления43. В.Паули также полагал, что представление о дополнительности выходит за рамки физики. Его философское значение состоит в том, что оно, выступая против односторонности, «могло бы стать первым шагом на пути прогресса к единой общей картине мира, в которой естественные науки составляют лишь часть»44.
Фундаментальный факт квантовой физики — корпускулярно-волновой дуализм — показывает, что к микрообъекту невозможно применять классические способы описания. Но вместе с тем стало ясно, что объективное описание микромира невозможно и на пути полного отказа от классических способов описания, так как описание микромира требует наложения некоторых ограничений. Таким ограничением является принцип неопределенностей Гейзенберга, не допускающий при описании микроявлений одновременной абсолютно точной локализации в координатном и импульсном пространстве, как и одновременного абсолютно точного фиксирования энергии и времени.
Классический способ описания с его допущениями — абсолютизацией и детализацией — применим для описания микроявлений в тех случаях, когда можно не учитывать постоянную Планка. Фактически именно эта фундаментальная величина и есть пограничный пункт между квантовым и классическим описанием.
Квантовый способ описания явлений позволяет предвидеть конкретные реальные возможности акта измерения. Обращая внимание на условия, в которых происходит измерение, исследователь также может предсказать устройство и действие приборов, определяющих эти условия. Поэтому нет необходимости приписывать микрообъекту такие свойства и состояния, которые принципиально не могут быть установлены, на что фактически нацелена гипотеза «скрытых параметров».
Измерительные устройства и внешние условия эксперимента описываются классическим способом через задание их характеристических параметров. Квантовый микрообъект проявляется при взаимодействии с классическим прибором. Результат такого взаимодействия — экспериментальные данные, которые объясняются на основе тех или иных теоретических предпосылок и на базе которых, в свою очередь, делаются косвенные заключения о свойствах объекта, уже предсказанных теорией. И так как свойства микрообъекта обнаруживаются через взаимодействие его с классическим прибором, то их проявление обусловливается устройством прибора и создаваемыми внешними условиями. Какая сторона объекта — корпускулярная или волновая — проявится, зависит от прибора. Изучение корпускулярных и волновых свойств всех микрообъектов требует несовместимых внешних условий, необходимых для различных классических приборов. А это означает, что становится невозможным изучать одновременно различные свойства и различные стороны микрообъекта, детализация же поведения микрообъекта становится принципиально невозможной.
Именно эти свойства, проявляющиеся при взаимоисключающих условиях, Бор назвал дополнительными. Поэтому согласно В.А.Фоку, одновременное рассмотрение взаимно противоположных дополнительных свойств лишено смысла, а сама идея корпускулярно-волнового дуализма непротиворечива. Боровский принцип дополнительности — утверждение что корпускулярные и волновые аспекты находятся в дополнительном отношении, — относится не только к наблюдению и поэтому является не только гносеологическим принципом. В.А.Фок считает, что этот принцип отражает объективные свойства природы и потому он есть закон природы. И поскольку в основе квантового способа описания природы лежат результаты взаимодействия микрообъекта с макроприбором, как раз необходимо ввести представление об относительности к средствам наблюдения, которое является обобщением идеи относительности. Такое обобщение представления об относительности, утверждает В.А.Фок, отнюдь не означает что микрообъект менее реален, чем классический прибор. Совсем наоборот: представление об относительности к средствам наблюдения позволяет глубже и точнее характеризовать явления в микромире.
Следует указать также на то, что квантовый способ описания как более конкретный и совершенный требует соответствующего математического аппарата, применение которого в свою очередь, ведет к выявлению новых фундаментальных свойств материи. Толкование понятий, используемых в квантовой теории, диктует необходимость обобщения понятия состояния системы на основе понятий вероятности и потенциальной возможности. Понятие вероятности в квантовой механике вовсе не говорит о некоторой неполноте нашего знания о микромире, а наоборот, являясь существенным элементом квантово-механического описания, дает возможность уточнить само представление о полноте описание. Понятие вероятности существенно необходимо, поскольку для данных внешних условий результаты взаимодействия объекта и прибора не предопределены однозначно, а характеризуются некоторым вероятностным распределением. Это вероятностное распределение результатов взаимодействия отражает потенциальные возможности, которые объективно существуют при определенных условиях.
При квантовом описании следует иметь в виду, что, изучая взаимодействие между прибором и объектом, мы можем применять приборы различных типов. Использовать такие приборы одновременно невозможно, и это также говорит о различных потенциальных возможностях. Кроме того, существуют различные потенциальные возможности реагирования объекта на включение того или иного прибора в процессе измерения квантовой величины. При таком положении дел теория не может не быть принципиально вероятностной. Эта вероятность — не следствие неполноты теории, как считал Эйнштейн, не недостаток ее, а достоинство. Существующие потенциальные возможности обеспечивают полное описание поведения и состояния микрообъекта, и математическая форма законов квантовой механики адекватно отражает эти потенциальные возможности. Вероятностное распределение результатов измерения можно вычислить через волновую функцию как квадрат ее модуля. И поскольку квантовое описание исчерпывает все потенциальные возможности, постольку его необходимо считать полным. Сама природа такова, что теория не может отражать ничего, кроме того, что проявляется в совокупности потенциальных возможностей. Хотя, надо отметить, что и такое толкование квантовой механики с обыденных позиций кажется в лучшем случае маловразумительным.
Так или иначе, дискуссия относительно полноты квантовой теории, по мнению В.А.Фока, этим исчерпывается, поскольку введение представления о потенциальной возможности, как он считает, снимает все проблемы, дает ответы на поставленные еще Эйнштейном вопросы. Таков результат обобщения принципа относительности на квантовую механику. Но в этом случае новое освещение получает принцип дополнительности, конкретизируясь в контексте относительности к средствам наблюдения.
Новый вид относительности, отличный от классической эйнштейновской относительности, можно назвать квантово-механической относительностью. При этом необходимо отметить, что квантово-механическая относительность неоднозначна и ее можно трактовать не только как относительность к измерительному прибору. Так, Ю.М.Ломсадзе предпринял попытку истолковать ее шире, распространив на отношение к субъекту47. Д.И.Блохинцев рассматривает квантово-механическую относительность как независимую от присутствия наблюдателя и процесса наблюдения по отношению к макроскопической обстановке48. Возможна и другая интерпретация этого вида относительности: как относительности к виду и типу физического взаимодействия, что отстаивает Б.Я.Пахомов49.
Особый интерес вызывает соотношение дополнительности и относительности в контексте информационной интерпретации последней. В этом случае относительность рассматривается в связи с информационными условиями, в которых находится наблюдатель. В соответствии с «трехэлементной» концепцией, развиваемой П.С.Дышлевым50, информационные условия относятся к условиям познания. Взгляды П.С.Дышлевого представляют собой конкретизацию гносеологического тезиса о взаимодействии между субъектом и объектом познания. Согласно этому тезису, в методологии физики взаимная связь между субъектом и объектом познания принимает следующий вид: физический объект — условия познания — наблюдатель.
Как известно, объекты познания в классической физике и квантовой физике существенно отличаются друг от друга, при этом в квантовой теории в силу специфики ее объекта невозможно пренебрегать взаимодействием между объектом и исследовательским средством. Наблюдатель получает информацию не только о физическом объекте как таковом, но одновременно и о влиянии наблюдательного средства на этот объект в процессе измерения. Столь значительная роль субъекта в квантовой физике предполагает, что наряду с представлением о наблюдателе необходимо ввести еще и представление об условиях познания как новом
элементе познавательного отношения. Но повышение роли субъекта в процессе познания микромира не означает субъективизации физического познания, поскольку субъект непосредственно не вносит никаких существенных возмущений в исследуемую физическую систему, а его воздействие на процесс исследования заключается в выборе определенной исходной материальной системы (системы отсчета), в усовершенствовании экспериментального прибора, в подготовке и реализации физического опыта. Повышение роли субъекта имеет место в теоретической части квантовой физики: здесь это касается формулирования и обоснования новых физических идей и теорий, создания новой физической картины мира.
Под условиями познания на уровне эксперимента П.С.Дышлевый предлагает понимать весь фон, на котором протекает физическое явление, а также средства исследования: отправные системы и измерительные средства, конструируемые на основе определенных теоретических предпосылок. Условия познания на теоретическом уровне — это язык наблюдения, принятый в теории, а также тот научный фон, который определяет средства теоретической интерпретации: философские и логические предпосылки, модели, фундаментальные понятия, фундаментальные теории, известные закономерности развития теории, методологические принципы и т.п. На экспериментальном и теоретическом уровнях условия познания являются связующим звеном между физическим объектом познания и наблюдателем. В трехэлементной схеме познавательного отношения роль наблюдателя выполняет человек, который постепенно познает физический мир с помощью экспериментальных и теоретических средств.
Принцип квантовой относительности можно рассматривать как частный случай единого гносеологического принципа относительности к системам абстрагирования. Согласно М.Д.Ахундову и Р.Р.Абдуллаеву51, под системой абстрагирования следует понимать «пространство», в котором локализуется исследуемый объект. Такое пространство трактуется как множество, в котором задана определенная организация. Ее можно представить в виде системы отсчета, экспериментальной установки, определенной физической теории и т.д. Во всяком случае реализуются различные связи в различных множествах элементов.
С таких позиций эволюция систем абстрагирования выглядит в историческом развитии познания так. На раннем этапе познания человек использовал в качестве единственной системы абстрагирования самого себя. Впоследствии познание разделилось на эмпирическое и теоретическое, и эти два направления постепенно эволюционировали в системы абстрагирования. На начальных стадиях эмпирического познания, когда не было никаких наблюдательных приборов, эмпирическое и чувственное познание не было разделено. Создание таких приборов, как, например, телескоп и микроскоп, характеризует определенный уровень развития эмпирического познания, на котором происходит расширение границ познавательных возможностей человека, возможностей его органов чувств. Теперь человек может наблюдать объекты и процессы, которые прежде были недоступны невооруженному глазу. При этом появляется новая специфическая относительность к системам абстрагирования, соответствующая различной чувствительности приборов. Например, тогда, когда прибор с небольшой чувствительностью показывает некий объект как непрерывный, другой прибор, обладающий большими разрешающими возможностями, показывает этот же объект как дискретный.
Различным представлениям об относительности в физике соответствуют различные системы абстрагирования. Эти системы таковы: абсолютное пространство (или эфир) как некоторая уникальная система отсчета, класс инерциальных систем и класс систем, находящихся под воздействием гравитации. Каждому из этих трех классов систем соответствуют фундаментальные физические теории: классическая механика, специальная теория относительности и общая теория относительности. Если в классической механике возможно одно-единственное описание физического объекта, то в рамках релятивистских теорий это в принципе невозможно. Как известно, падающий в движущемся вагоне предмет имеет различные реальные траектории относительно вагона, относительно Земли и относительно Солнца. Эти траектории несовместимы в пределах одной системы отсчета и в этом смысле дополнительны. В еще большей степени подобная относительность характерна для общей теории относительности.
В квантовой механике относительность к системам абстрагирования проявляется иначе: в виде системы абстрагирования выступает экспериментальный прибор. Концепция относительности к средствам наблюдения, сформулированная В.А.Фоком, выглядит здесь как частный случай общего гносеологического принципа относительности к системам абстрагирования. Познание микрообъекта возможно через применение дополнительных по отношению друг к другу экспериментальных приборов: один из них выявляет корпускулярные, другой волновые свойства.
По мнению М.Д.Ахундова и Р.Р.Абдуллаева52, необходимо выделять горизонтальную и вертикальную дополнительность. Дополнительность горизонтальна, когда она применяется на одном уровне организации, когда понятие относительности к системам абстрагирования используется как понятие с одинаковыми разделительными свойствами. Горизонтальная дополнительность позволяет получать «проекции» объекта исследования и на этой основе реконструировать его как целостность, как единство многообразия. Если же речь идет об относительности к системам абстрагирования с различными разделительными свойствами, когда в познании происходит переход с одного уровня организации на другой, то можно говорить о вертикальной дополнительности. Вертикальная дополнительность позволяет построить определенную иерархию. Исследуемый объект конструируется как система взаимодействия между структурами и их элементами.
В то же время можно выделять и два других вида дополнительности: дополнительность внутри данного уровня организации и дополнительность между уровнями. В первом случае используются специфические преобразования, которые связывают определенные характеристики в различные абстрактные системы. Такие преобразования сохраняют некоторые величины и характеристики неизменными — это инварианты теории. Но если совершается переход к более широкой области, то появляются новые инварианты в структуре новой, более общей теории, а старые инварианты остаются действенными в определенных границах, обусловленных преемственностью между старой и новой теориями. Такая преемственная дополнительность есть дополнительность между определенными уровнями. С этой точки зрения инвариантность характеризует разделительные свойства систем абстрагирования. Идея преемственной дополнительности между старой и новой теориями ведет к принципу соответствия и еще раз указывает на связь между соответствием и дополнительностью. Теории, которые находятся в отношении соответствия, дополнительны.
Открытие связи между принципом дополнительности и принципом относительности в развитии физического познания вполне закономерно. Известно, что теория относительности Эйнштейна — одна из основных теоретических предпосылок возникновения и развития концепции дополнительности Бора. При разъяснении своих взглядов Бор часто пользовался аналогиями с теорией относительности и даже предлагал назвать свою концепцию теорией дополнительности, но последнее не получило поддержки. «Теория относительности,— писал Бор,— научила нас, что целесообразность требуемого нашими чувствами резкого разделения пространства и времени основана только на том, что обычно встречаемые скорости малы по сравнению со скоростью света. Можно говорить, что открытие Планка подобным же образом привело к пониманию того, что целесообразность причинной точки зрения обусловливалась малостью кванта действия по сравнению с теми действиями, которые встречаются в обычных явлениях»53. Но одновременно Бор понимал, что данная аналогия не может быть полной, поскольку, как уже не раз отмечалось, в классической физике явление можно наблюдать без оказания на него какого-либо влияния, а квантовый постулат предполагает неустранимое влияние на наблюдаемое со стороны средств наблюдения.
Теория Эйнштейна в известном смысле является и методологической предпосылкой развития теории дополнительности. Бор считал, что теория относительности открыла новые возможности для понимания явлений, кажущихся несовместимыми. По его мнению, «возникшая в атомной физике необходимость заново рассмотреть те основания, на которые должно опираться непротиворечивое применение элементарных физических идей, напоминает в некотором смысле ситуацию, с которой в свое время столкнулся Эйнштейн»54. Эйнштейновский релятивистский способ мышления сыграл важную методологическую роль в оформлении боровского дополнительного способа мышления. В своем ответе на статью А.Эйнштейна, Б.Подольского и Н.Розена Бор писал: «... Мне хотелось бы отметить то огромное значение, которое имеет преподанный общей теорией относительности урок для вопроса о физической реальности в области квантовой теории. В самом деле, несмотря на все характерные различия, между положением вещей в обоих обобщениях классической теории имеется поразительная аналогия...»55.
Понимая и подчеркивая сходные черты, аналогию и преемственность между теорией относительности и концепцией дополнительности, Бор учитывал и различия между ними. Прежде всего это различия в понимании причинности. Если теория относительности объединяет причинное пространственно-временное описание физических явлений, где пространство и время в совокупности с энергией и импульсом образуют единую картину, то концепция дополнительности утверждает, что такой классический идеал при описании атомных процессов недостижим. Теория относительности представляет собой своеобразную кульминацию в развитии классической теории, квантовая же теория качественно иная, так как в ней пространственно-временные представления несовместимы с понятиями энергии и импульса, которые необходимы для причинного описания.
Итак, в работах Бора отчетливо прослеживается связь, аналогия, преемственность между идеями относительности и дополнительности. Именно на этой основе стало возможным дальнейшее развитие концепции дополнительности. В процессе этого развития выяснилось, что принцип дополнительности представляет собой конкретизацию идеи относительности при движении познания от абстрактного к конкретному. С позиций материалистической диалектики видно, что неклассический способ описания не означает субъективизации физического познания. Развитие теоретико-познавательной относительности от абстрактного к конкретному приводит ко все большему расширению объективного в физическом познании и все более глубокому пониманию физической действительности. В этом процессе абсолютные представления заменяются относительными. Релятивистская физика отказалась от абсолютной системы отсчета, квантовая же механика показала, что волновые и корпускулярные свойства также не абсолютны, а относительны, и т.д.
Дополнительность может остаться непонятной и непонятой, если рассматривать ее саму по себе, вне целостного физического знания и его развития. Но если мы будем видеть в ней момент процесса развития физического знания, связанный с идеей относительности, то поймем и ее сущность. И тогда принцип дополнительности предстанет перед нами во всей своей конкретности и методологической значимости.
... В далёком прошлом философы Древней Греции предполагали, что вся материя едина, но приобретает те или иные свойства в зависимости от её «сущности». А сейчас, в наше время, благодаря великим учёным, мы точно знаем, из чего на самом деле она состоит.
Используемая литература:
1) Курс общей химии (Н.В. Коровин)
2) Курс общей химии (А.Н. Харин )
3) Строение вещества (В.К. Васильев, А.Н. Шувалова)
4) Физическая химия ( А.Л. Дайнэко )
а также:
1 См.: Бор Н. Избр. науч. тр.: В 2-х т. Т. 1. М., 1970. С. 90.
2 Бор Н. Избр. науч. тр.: В 2-х т. Т. II. М., 1971. С. 397.
3 Там же, С. 283.
4 Там же. С. 102.
5 Бор Н. Избр. науч. тр.: В 2-х т. Т. 1. С. 482.
6 Бор Н. Избр. науч. тр.: В 2-х т. Т. II. С. 282.
7 Там же. С. 392-393.
8 Там же. С. 74.
9 Там же. С. 406.
10 См.: Петров А. 3. Методологические проблемы теории измерений. Киев, 1966. С. 66.
11 См.: Алексеев И. С. Концепция дополнительности. М.. 1972. С. 36—37.
12 Бор Н. Избр. науч. тр.: В 2-х т. Т. II. С. 432.
13 См.: Хютт В. П. // Принцип дополнительности и материалистическая диалектика. М., 1976. С. 149.
14 См.: Мещеряков В. Т. Соответствие как отношение и принцип. Л., 1975. С. 23. 15
15 Там же. С. 26.
16 Там же. С. 27.
17 См.: Алексеев И. С. Концепция дополнительности. С. 64.
18 См.: Баженов Л. Б. // Принцип дополнительности и материалистическая диалектика. С. 15.
19 Бор Н. Избр. науч. тр.: В 2-х т. Т. II. С. 60.
20 Там же. С. 384.
21 Там же. С. 61.
22 Там же. С. 58.
23 Там же. С. II 7.
24 там же. С. 118.
25 Там же. С. 211.
26 Там же. С. 287.
27 Там же.
28 Там же.
29 Там же.
30 Там же.
31 Там же. С. 288.
32 Там же. С. 495.
33 Там же. С. 532.
34 См.: Остапенко С. В. // Принцип дополнительности и материалистическая диалектика. С. 37.
35 См.: Методологические принципы физики. М., 1975. С. 443. 36. См.: Бунге М. Философия физики. М., 1975. С. 169.
37 См.: Поликаров А. // Списание на БАН. 1976. № 6. С. 12.
38 Эйнштейн А. Собр. науч. тр.: В 4-х т. Т. IV. М„ 1976. С. 296.
39 Бор Н. Избр. науч. тр.: В 2-х т. Т. II. С. 406.
40 См.: Алексеев И. С. Концепция дополнительности. С. 127.
41 Гейзенберг В. Философия и физика: Часть и целое. М., 1989. С. 130.
42 См.: Борн М. Моя жизнь и взгляды. М., 1973. С. 73.
43 См.: Бори М. Физика в жизни моего поколения. М., 1963. С. 463.
44 Паули В. Физические очерки. М., 1975. С. 57.
45 См.: Фок В. А. // Физическая наука и философия. М., 1973.
46 Там же. С. 73.
47 См.: Ломсадзе Ю. М. // Материалистическая диалектика и концепция дополнительности. Киев, 1975.
48 См.: Блохинцев Д. И. Принципиальные вопросы квантовой механики. Дубна, 1965.
49 См.: Пахомов В. Я. // Физическая наука и философия.
50 См.: Дышлевый П. С. Материалистическая диалектика и физический релятивизм. Киев, 1972.
51 См.: Ахундов М. Д., Абдуллаев Р. Р. // Принцип дополнительности и материалистическая диалектика. С. 73.
52 Там же.
53 Бор Н. Избр. науч. тр.: В 2-х т. Т. II. С. 69.
54 Там же. С. 408.
55 Там же. С. 190.
Под условиями познания на уровне эксперимента П.С.Дышлевый предлагает понимать весь фон, на котором протекает физическое явление, а также средства исследования: отправные системы и измерительные средства, конструируемые на основе определенных теоретических предпосылок. Условия познания на теоретическом уровне — это язык наблюдения, принятый в теории, а также тот научный фон, который определяет средства теоретической интерпретации: философские и логические предпосылки, модели, фундаментальные понятия, фундаментальные теории, известные закономерности развития теории, методологические принципы и т.п. На экспериментальном и теоретическом уровнях условия познания являются связующим звеном между физическим объектом познания и наблюдателем. В трехэлементной схеме познавательного отношения роль наблюдателя выполняет человек, который постепенно познает физический мир с помощью экспериментальных и теоретических средств.
Принцип квантовой относительности можно рассматривать как частный случай единого гносеологического принципа относительности к системам абстрагирования. Согласно М.Д.Ахундову и Р.Р.Абдуллаеву51, под системой абстрагирования следует понимать «пространство», в котором локализуется исследуемый объект. Такое пространство трактуется как множество, в котором задана определенная организация. Ее можно представить в виде системы отсчета, экспериментальной установки, определенной физической теории и т.д. Во всяком случае реализуются различные связи в различных множествах элементов.
С таких позиций эволюция систем абстрагирования выглядит в историческом развитии познания так. На раннем этапе познания человек использовал в качестве единственной системы абстрагирования самого себя. Впоследствии познание разделилось на эмпирическое и теоретическое, и эти два направления постепенно эволюционировали в системы абстрагирования. На начальных стадиях эмпирического познания, когда не было никаких наблюдательных приборов, эмпирическое и чувственное познание не было разделено. Создание таких приборов, как, например, телескоп и микроскоп, характеризует определенный уровень развития эмпирического познания, на котором происходит расширение границ познавательных возможностей человека, возможностей его органов чувств. Теперь человек может наблюдать объекты и процессы, которые прежде были недоступны невооруженному глазу. При этом появляется новая специфическая относительность к системам абстрагирования, соответствующая различной чувствительности приборов. Например, тогда, когда прибор с небольшой чувствительностью показывает некий объект как непрерывный, другой прибор, обладающий большими разрешающими возможностями, показывает этот же объект как дискретный.
Различным представлениям об относительности в физике соответствуют различные системы абстрагирования. Эти системы таковы: абсолютное пространство (или эфир) как некоторая уникальная система отсчета, класс инерциальных систем и класс систем, находящихся под воздействием гравитации. Каждому из этих трех классов систем соответствуют фундаментальные физические теории: классическая механика, специальная теория относительности и общая теория относительности. Если в классической механике возможно одно-единственное описание физического объекта, то в рамках релятивистских теорий это в принципе невозможно. Как известно, падающий в движущемся вагоне предмет имеет различные реальные траектории относительно вагона, относительно Земли и относительно Солнца. Эти траектории несовместимы в пределах одной системы отсчета и в этом смысле дополнительны. В еще большей степени подобная относительность характерна для общей теории относительности.
В квантовой механике относительность к системам абстрагирования проявляется иначе: в виде системы абстрагирования выступает экспериментальный прибор. Концепция относительности к средствам наблюдения, сформулированная В.А.Фоком, выглядит здесь как частный случай общего гносеологического принципа относительности к системам абстрагирования. Познание микрообъекта возможно через применение дополнительных по отношению друг к другу экспериментальных приборов: один из них выявляет корпускулярные, другой волновые свойства.
По мнению М.Д.Ахундова и Р.Р.Абдуллаева52, необходимо выделять горизонтальную и вертикальную дополнительность. Дополнительность горизонтальна, когда она применяется на одном уровне организации, когда понятие относительности к системам абстрагирования используется как понятие с одинаковыми разделительными свойствами. Горизонтальная дополнительность позволяет получать «проекции» объекта исследования и на этой основе реконструировать его как целостность, как единство многообразия. Если же речь идет об относительности к системам абстрагирования с различными разделительными свойствами, когда в познании происходит переход с одного уровня организации на другой, то можно говорить о вертикальной дополнительности. Вертикальная дополнительность позволяет построить определенную иерархию. Исследуемый объект конструируется как система взаимодействия между структурами и их элементами.
В то же время можно выделять и два других вида дополнительности: дополнительность внутри данного уровня организации и дополнительность между уровнями. В первом случае используются специфические преобразования, которые связывают определенные характеристики в различные абстрактные системы. Такие преобразования сохраняют некоторые величины и характеристики неизменными — это инварианты теории. Но если совершается переход к более широкой области, то появляются новые инварианты в структуре новой, более общей теории, а старые инварианты остаются действенными в определенных границах, обусловленных преемственностью между старой и новой теориями. Такая преемственная дополнительность есть дополнительность между определенными уровнями. С этой точки зрения инвариантность характеризует разделительные свойства систем абстрагирования. Идея преемственной дополнительности между старой и новой теориями ведет к принципу соответствия и еще раз указывает на связь между соответствием и дополнительностью. Теории, которые находятся в отношении соответствия, дополнительны.
Открытие связи между принципом дополнительности и принципом относительности в развитии физического познания вполне закономерно. Известно, что теория относительности Эйнштейна — одна из основных теоретических предпосылок возникновения и развития концепции дополнительности Бора. При разъяснении своих взглядов Бор часто пользовался аналогиями с теорией относительности и даже предлагал назвать свою концепцию теорией дополнительности, но последнее не получило поддержки. «Теория относительности,— писал Бор,— научила нас, что целесообразность требуемого нашими чувствами резкого разделения пространства и времени основана только на том, что обычно встречаемые скорости малы по сравнению со скоростью света. Можно говорить, что открытие Планка подобным же образом привело к пониманию того, что целесообразность причинной точки зрения обусловливалась малостью кванта действия по сравнению с теми действиями, которые встречаются в обычных явлениях»53. Но одновременно Бор понимал, что данная аналогия не может быть полной, поскольку, как уже не раз отмечалось, в классической физике явление можно наблюдать без оказания на него какого-либо влияния, а квантовый постулат предполагает неустранимое влияние на наблюдаемое со стороны средств наблюдения.
Теория Эйнштейна в известном смысле является и методологической предпосылкой развития теории дополнительности. Бор считал, что теория относительности открыла новые возможности для понимания явлений, кажущихся несовместимыми. По его мнению, «возникшая в атомной физике необходимость заново рассмотреть те основания, на которые должно опираться непротиворечивое применение элементарных физических идей, напоминает в некотором смысле ситуацию, с которой в свое время столкнулся Эйнштейн»54. Эйнштейновский релятивистский способ мышления сыграл важную методологическую роль в оформлении боровского дополнительного способа мышления. В своем ответе на статью А.Эйнштейна, Б.Подольского и Н.Розена Бор писал: «... Мне хотелось бы отметить то огромное значение, которое имеет преподанный общей теорией относительности урок для вопроса о физической реальности в области квантовой теории. В самом деле, несмотря на все характерные различия, между положением вещей в обоих обобщениях классической теории имеется поразительная аналогия...»55.
Понимая и подчеркивая сходные черты, аналогию и преемственность между теорией относительности и концепцией дополнительности, Бор учитывал и различия между ними. Прежде всего это различия в понимании причинности. Если теория относительности объединяет причинное пространственно-временное описание физических явлений, где пространство и время в совокупности с энергией и импульсом образуют единую картину, то концепция дополнительности утверждает, что такой классический идеал при описании атомных процессов недостижим. Теория относительности представляет собой своеобразную кульминацию в развитии классической теории, квантовая же теория качественно иная, так как в ней пространственно-временные представления несовместимы с понятиями энергии и импульса, которые необходимы для причинного описания.
Итак, в работах Бора отчетливо прослеживается связь, аналогия, преемственность между идеями относительности и дополнительности. Именно на этой основе стало возможным дальнейшее развитие концепции дополнительности. В процессе этого развития выяснилось, что принцип дополнительности представляет собой конкретизацию идеи относительности при движении познания от абстрактного к конкретному. С позиций материалистической диалектики видно, что неклассический способ описания не означает субъективизации физического познания. Развитие теоретико-познавательной относительности от абстрактного к конкретному приводит ко все большему расширению объективного в физическом познании и все более глубокому пониманию физической действительности. В этом процессе абсолютные представления заменяются относительными. Релятивистская физика отказалась от абсолютной системы отсчета, квантовая же механика показала, что волновые и корпускулярные свойства также не абсолютны, а относительны, и т.д.
Дополнительность может остаться непонятной и непонятой, если рассматривать ее саму по себе, вне целостного физического знания и его развития. Но если мы будем видеть в ней момент процесса развития физического знания, связанный с идеей относительности, то поймем и ее сущность. И тогда принцип дополнительности предстанет перед нами во всей своей конкретности и методологической значимости.
... В далёком прошлом философы Древней Греции предполагали, что вся материя едина, но приобретает те или иные свойства в зависимости от её «сущности». А сейчас, в наше время, благодаря великим учёным, мы точно знаем, из чего на самом деле она состоит.
Используемая литература:
1) Курс общей химии (Н.В. Коровин)
2) Курс общей химии (А.Н. Харин )
3) Строение вещества (В.К. Васильев, А.Н. Шувалова)
4) Физическая химия ( А.Л. Дайнэко )
а также:
1 См.: Бор Н. Избр. науч. тр.: В 2-х т. Т. 1. М., 1970. С. 90.
2 Бор Н. Избр. науч. тр.: В 2-х т. Т. II. М., 1971. С. 397.
3 Там же, С. 283.
4 Там же. С. 102.
5 Бор Н. Избр. науч. тр.: В 2-х т. Т. 1. С. 482.
6 Бор Н. Избр. науч. тр.: В 2-х т. Т. II. С. 282.
7 Там же. С. 392-393.
8 Там же. С. 74.
9 Там же. С. 406.
10 См.: Петров А. 3. Методологические проблемы теории измерений. Киев, 1966. С. 66.
11 См.: Алексеев И. С. Концепция дополнительности. М.. 1972. С. 36—37.
12 Бор Н. Избр. науч. тр.: В 2-х т. Т. II. С. 432.
13 См.: Хютт В. П. // Принцип дополнительности и материалистическая диалектика. М., 1976. С. 149.
14 См.: Мещеряков В. Т. Соответствие как отношение и принцип. Л., 1975. С. 23. 15
15 Там же. С. 26.
16 Там же. С. 27.
17 См.: Алексеев И. С. Концепция дополнительности. С. 64.
18 См.: Баженов Л. Б. // Принцип дополнительности и материалистическая диалектика. С. 15.
19 Бор Н. Избр. науч. тр.: В 2-х т. Т. II. С. 60.
20 Там же. С. 384.
21 Там же. С. 61.
22 Там же. С. 58.
23 Там же. С. II 7.
24 там же. С. 118.
25 Там же. С. 211.
26 Там же. С. 287.
27 Там же.
28 Там же.
29 Там же.
30 Там же.
31 Там же. С. 288.
32 Там же. С. 495.
33 Там же. С. 532.
34 См.: Остапенко С. В. // Принцип дополнительности и материалистическая диалектика. С. 37.
35 См.: Методологические принципы физики. М., 1975. С. 443. 36. См.: Бунге М. Философия физики. М., 1975. С. 169.
37 См.: Поликаров А. // Списание на БАН. 1976. № 6. С. 12.
38 Эйнштейн А. Собр. науч. тр.: В 4-х т. Т. IV. М„ 1976. С. 296.
39 Бор Н. Избр. науч. тр.: В 2-х т. Т. II. С. 406.
40 См.: Алексеев И. С. Концепция дополнительности. С. 127.
41 Гейзенберг В. Философия и физика: Часть и целое. М., 1989. С. 130.
42 См.: Борн М. Моя жизнь и взгляды. М., 1973. С. 73.
43 См.: Бори М. Физика в жизни моего поколения. М., 1963. С. 463.
44 Паули В. Физические очерки. М., 1975. С. 57.
45 См.: Фок В. А. // Физическая наука и философия. М., 1973.
46 Там же. С. 73.
47 См.: Ломсадзе Ю. М. // Материалистическая диалектика и концепция дополнительности. Киев, 1975.
48 См.: Блохинцев Д. И. Принципиальные вопросы квантовой механики. Дубна, 1965.
49 См.: Пахомов В. Я. // Физическая наука и философия.
50 См.: Дышлевый П. С. Материалистическая диалектика и физический релятивизм. Киев, 1972.
51 См.: Ахундов М. Д., Абдуллаев Р. Р. // Принцип дополнительности и материалистическая диалектика. С. 73.
52 Там же.
53 Бор Н. Избр. науч. тр.: В 2-х т. Т. II. С. 69.
54 Там же. С. 408.
55 Там же. С. 190.
