Реферат: Развитие квантовой механики и деформация идей детерминизма науке и философии XX в.

Середина двадцатых годов нашего столетия – период, ставший «золотым веком» физики. Начиная с 1926 года Эрвин Шредингер опубликовал серию работ под общим названием «Квантование как задача о собственных значениях», которые стали классикой науки и поставили на солидную основу казавшуюся до тех пор таинственной волновую механику. Эти работы, а также созданная к тому же времени матричная механика Гейзенберга положили конец периода анархии в развитии квантовой теории, которое началось со смелой гипотезы Планка о квантах.

В квантовой физике того времени существовало множество противоречий. Например, в атомной модели Бора для расчета электронных орбит использовались законы классической механики и электродинамики, а для объяснения устойчивости электронных орбит привлекались условия квантования. В рамках одной и той же модели применялись положения, которые иногда прямо противоречили друг другу.

Однако, подход развитый в 1926 году Шредингером изначально был попыткой перехода от корпускулярного описания электрона к чисто волновому, и порождал свои трудности. Сложности возникали как с интерпретацией волновой функции (в частности, при переходе к задаче с несколькими электронами волновую функцию нельзя было отождествлять с классическим распределением заряда), так и прежде всего с попыткой построить физическую теорию исключительно на базе волнового представления, отказавшись от идей корпускулярно-волнового дуализма. Выход из затруднения подсказывали исследования процессов атомных столкновений, проведенные Максом Борном в конце лета 1926 года. Анализ рассеяния электронов и альфа-частиц на ядрах довольно неожиданно дал ключ к пониманию смысла волновой функции Шредингера: квадрат ее амплитуды соответствовал вероятности обнаружения частицы в данной точке пространства. В то время как для Шредингера волновая функция была непосредственно наблюдаемой величиной, Борн отводил ей роль «направляющего поля» для электронов. Такая интерпретация (получившая название копенгагенской) поставила волновую механику на прочную физическую основу и выбила почву из-под многих спекуляций, в том числе из-под наивных реалистических рассуждений Шрединдерга.

Долгое время одни выдающиеся физики (Бор, Борн, Паули) придерживались концепции, что все явления природы подлежат лишь вероятностной интерпретации, в то время как для многих не менее выдающихся физиков нашего столетия, в том числе многих создателей квантовой механики (Шредингер, Эйнштейн, Луи де Бройль, Макс Планк) подобное статистическое истолкование квантовой теории оказалось крайне неприемлемым. Они придерживались концепции причинности и детерминизма восходящих своими корнями к классической механике. Суть спора сводилась к следующему: является ли статистический характер законов квантовой физики результатом неполного знания, и не уступят ли эти законы свое место новым, не менее детерминистским, как законы Ньютона, или вероятность лежит в основе законов самой природы. Так во время пребывания в Копенгагене Шредингер заявил Бору:

Если мы собираемся сохранить эти проклятые квантовые скачки, то приходиться пожалеть, что я вообще занялся квантовой теорией ([7] c.48).

Для него было страшно представить, что электрон «мог прыгать, как блоха» ([7], стр. 51). Широко известно выражение Эйнштейна, что «Бог не играет в кости». Эта же мысль прослеживается в письме Дж. Франку:

Я могу еще, если на то пошло, понять, что Господь Бог мог сотворить мир, в котором нет законов природы. Короче говоря, хаос. Но то, что должны быть статистические законы с вполне определенными решениями, например законы, вынуждающие Господа Бога бросать кости в каждом отдельном случае, я считаю в высшей степени неудовлетворительным ([1] c.271).

В статье »Можно ли считать квантовомеханическое описание физической реальности полным?» Эйнштейн утверждал, что волновая механика не полна, и со временем должна появиться статистическая квантовая теория, которая явиться аналогом статистической механики: движение отдельных частиц должны быть детерминированы, но в следствии большого числа частиц их ансамбли должны описываться на основе статистики и теории вероятности ([10], т.3, с. 604-611). То же мнение выразил Поль Дирак (1978), считавший. что возможно в будущем появится усовершенствованная квантовая механика, в которой произойдет возврат к детерминизму и тем самым подтвердиться точка зрения Эйнштейна. Но возврат к детерминизму, по мнению Дирака, возможен только ценой отказа от каких-то основных идей, которые мы сейчас принимаем без малейшего сомнения. Если мы вернемся к детерминизму, то нам придется каким-то образом заплатить за это, хотя сейчас трудно предугадать, чем именно.

Ни Дирак, ни Эйнштейн не предложили альтернативной модели атомной теории. И к настоящему моменту квантовая теория достигла такого уровня в своем развитии, что решение проблемы вряд ли зависит только от получения новых экспериментальных данных. Хотя, для описания явлений, в которых участвуют видимые или осязаемые объекты, физики по прежнему используют детерминистические законы классической механики, их отношение к детерминизму при описании явлений такого рода существенно изменилось, благодаря развитию идеи квантовой механики. Все происходит так, как происходит, поскольку вероятность этого весьма высока, а вероятность того, что может быть иначе, весьма незначительна.

Впрочем, ученым ли рассуждать о природе вероятности в описании квантовых явлений? Да и кто согласится быть детерминированным, когда даже пошлый электрон притендует на то, что его поведение таковым не является (вспомним «Быть может эти электроны миры, где пять материков…»)? Вероятность она присуща и даже бывает различной по своей сути. В процессе эволюции, в процессах генетической наследственности и развития можно выделить вероятностные события с устойчивым распределением частот, и процессы не поддающиеся детерминизации, и в таких случаях «предстоит выяснить, какое понимание случайности в каком разделе эволюции является главным» ([16] c. 80)

В своей статье «О детерминизме» Я. Лукасевич, раскритиковав закон дедукции и принцип причинности, как фундамент детерминистского мировоззрения, пришел к выводу, что «аргументы, извечно приводимые в пользу детерминизма, не выстояли под огнем критики». Далее он пишет: «Несомненно из этого не следует по меньшей мере, что детерминизм является ошибочной точкой зрения, ошибочность аргументов не служит доказательством ошибочности тезиса. Только одно я хотел бы сказать, основываясь на приведенной критике, что детерминизм не является лучше обоснованной точкой зрения нежели индетерминизм.» ([11], с.72).

Анализируя его статью другой философ приходит к выводу: «Человек действительно свободен, если он имеет власть над прошлым» ([12], с.77). И, таким образом, встает вопрос: «Что есть прошлое?» и можно ли на него повлиять? В последнем вопросе, считает автор, обнадеживающие результаты получал с 1953 г. французский физик Коста де Берга, проводящий идею о внутренней симметрии между прошлым и будущим, и возможностью воздействия квантового явления не только на прошлое, но и на будущее. (см. [13-14]).

Впрочем и без привлечения квантовомеханических явлений рассуждая «О «механизме« течения времени» можно прийти к выводу, что «будущее – это возможность, представляющая собой тенденции дальнейшего развития конкретного материального объекта». В этой связи «нельзя не согласиться с тем, что мы говорим о будущем, имея ввиду не вообще что-либо несуществующее, а то, что мы надеемся видеть когда-либо настоящим» ([15] с. 54).

Таким образом прослеженная многовековая история развития идей детерминизма в философии оказывается тесно сопряженной с развитием аналогичных идей в науке. Вряд ли современное положение в вопросе о природе вероятности в описании реальных природных процессов, в том числе в жизни человека, можно считать закрытым, но нельзя не отметить, что и механицизм, и учение о причинности, и детерминизм испытали на себе глубокое воздействие последних научных открытий.