Философские идеи Гейзенберга

Термин «неопределенность  пространственной координаты» как  раз и означает, что мы не знаем  точного местоположения частицы. Например, если вы используете глобальную систему  рекогносцировки GPS, чтобы определить местоположение этой книги, система вычислит их с точностью до 2-3 метров. (GPS, Global Positioning System — навигационная система, в которой задействованы 24 искусственных спутника Земли. Если у вас, например, на автомобиле установлен приемник GPS, то, принимая сигналы от этих спутников и сопоставляя время их задержки, система определяет ваши географические координаты на Земле с точностью до угловой секунды.) Однако, с точки зрения измерения, проведенного инструментом GPS, книга может с некоторой вероятностью находиться где угодно в пределах указанных системой нескольких квадратных метров. В таком случае мы и говорим о неопределенности пространственных координат объекта (в данном примере, книги). Ситуацию можно улучшить, если взять вместо GPS рулетку — в этом случае мы сможем утверждать, что книга находится, например, в 4 м 11 см от одной стены и в 1м 44 см от другой. Но и здесь мы ограничены в точности измерения минимальным делением шкалы рулетки (пусть это будет даже миллиметр) и погрешностями измерения и самого прибора, — и в самом лучшем случае нам удастся определить пространственное положение объекта с точностью до минимального деления шкалы. Чем более точный прибор мы будем использовать, тем точнее будут полученные нами результаты, тем ниже будет погрешность измерения и тем меньше будет неопределенность. В принципе, в нашем обыденном мире свести неопределенность к нулю и определить точные координаты книги можно.

И тут мы подходим к самому принципиальному отличию  микромира от нашего повседневного  физического мира. В обычном мире, измеряя положение и скорость тела в пространстве, мы на него практически не воздействуем. Таким образом, в идеале мы можем одновременно измерить и скорость, и координаты объекта абсолютно точно (иными словами, с нулевой неопределенностью).

В мире квантовых  явлений, однако, любое измерение  воздействует на систему. Сам факт проведения нами измерения, например, местоположения частицы, приводит к изменению ее скорости, причем непредсказуемому (и  наоборот). Вот почему в правой части  соотношения Гейзенберга стоит не нулевая, а положительная величина. Чем меньше неопределенность в отношении одной переменной (например, Δx), тем более неопределенной становится другая переменная (Δv), поскольку произведение двух погрешностей в левой части соотношения не может быть меньше константы в правой его части. На самом деле, если нам удастся с нулевой погрешностью (абсолютно точно) определить одну из измеряемых величин, неопределенность другой величины будет равняться бесконечности, и о ней мы не будем знать вообще ничего. Иными словами, если бы нам удалось абсолютно точно установить координаты квантовой частицы, о ее скорости мы не имели бы ни малейшего представления; если бы нам удалось точно зафиксировать скорость частицы, мы бы понятия не имели, где она находится. На практике, конечно, физикам-экспериментаторам всегда приходится искать какой-то компромисс между двумя этими крайностями и подбирать методы измерения, позволяющие с разумной погрешностью судить и о скорости, и о пространственном положении частиц.

На самом деле, принцип неопределенности связывает  не только пространственные координаты и скорость — на этом примере он просто проявляется нагляднее всего; в равной мере неопределенность связывает и другие пары взаимно увязанных характеристик микрочастиц. Путем аналогичных рассуждений мы приходим к выводу о невозможности безошибочно измерить энергию квантовой системы и определить момент времени, в который она обладает этой энергией. То есть, если мы проводим измерение состояния квантовой системы на предмет определения ее энергии, это измерение займет некоторый отрезок времени — назовем его Δt. За этот промежуток времени энергия системы случайным образом меняется — происходят ее флуктуация, — и выявить ее мы не можем. Обозначим погрешность измерения энергии ΔЕ. Путем рассуждений, аналогичных вышеприведенным, мы придем к аналогичному соотношению для ΔЕ и неопределенности времени, которым квантовая частица этой энергией обладала:

ΔЕΔt > h

Относительно  принципа неопределенности нужно сделать  еще два важных замечания:

он не подразумевает, что какую-либо одну из двух характеристик  частицы — пространственное местоположение или скорость — нельзя измерить сколь угодно точно;

принцип неопределенности действует объективно и не зависит  от присутствия разумного субъекта, проводящего измерения.

Иногда вам  могут встретиться утверждения, будто принцип неопределенности подразумевает, что у квантовых  частиц отсутствуют определенные пространственные координаты и скорости, или, что эти величины абсолютно непознаваемы. Не верьте: как мы только что видели, принцип неопределенности не мешает нам с любой желаемой точностью измерить каждую из этих величин. Он утверждает лишь, что мы не в состоянии достоверно узнать и то, и другое одновременно. И, как и во многом другом, мы вынуждены идти на компромисс. Опять же, писатели-антропософы из числа сторонников концепции «Новой эры» иногда утверждают, что, якобы, поскольку измерения подразумевают присутствие разумного наблюдателя, то, значит, на некоем фундаментальном уровне человеческое сознание связано с Вселенским разумом, и именно эта связь обусловливает принцип неопределенности. Повторим по этому поводу еще раз: ключевым в соотношении Гейзенберга является взаимодействие между частицей-объектом измерения и инструментом измерения, влияющим на его результаты. А тот факт, что при этом присутствует разумный наблюдатель в лице ученого, отношения к делу не имеет; инструмент измерения в любом случае влияет на его результаты, присутствует при этом разумное существо или нет.

 

2. Критика материализма как основы научного познания. 

   В книге  «Философские проблемы атомной   физики»  Гейзенберг  неоднократно

возвращается  к  вопросу  -   что  дало  развитие  современной  физики   для

понимания коренных принципов научного знания? Как  подчеркивает  Гейзенберг,

классическая  физика строилась на следующем  основном  положении:  существуют

объективные события, происходящие во времени и пространстве и  не  зависящие

от  наблюдателя  и  его  измерений.  Познание  этих   объективных   событий,

совершающихся в реальных  пространстве  и  времени,  и  составляет  сущность

науки.  В  целом   эта   характеристика   классической   физики   правильна.

Действительно, материалистическая теория познания стихийно принимается  всем

естествознанием, в том числе и классической физикой. 

   Однако  Гейзенберг утверждает, что положение  изменилось с  возникновением

атомной физики и в особенности  квантовой  механики.  Эти  новые  физические

теории привели  якобы  к  созданию  совершенно  «нового  способа  мышления»,

неизбежным следствием которого является  отказ  от  признания  объективности

пространства  и времени, отказ от  принципа  причинности.  Гейзенберг  ставит

вопрос  –  должен  ли  ученый  раз  и  навсегда  отказаться  от   мысли   об

объективности событий во времени и пространстве  или  же  этот  отказ  можно

рассматривать  как  некий  «переходящий  кризис»,  от   которого   наука   в

дальнейшем избавится? На этот вопрос он отвечает  с  полной  решительностью:

такой отказ  должен быть окончательным; никогда  и  никакие  эксперименты  уже

не вернут науку  на путь  признания  объективности  явлений,  пространства  и

времени. Стремление понимать явления природы как  объективные, он  сравнивает

с донаучными попытками  людей, считавших Землю плоским  диском  ограниченного

размера, найти «край мира».  Как нет «края мира»,  так будто бы  и нет

объективных  явлений,  независящих  от  наблюдателя!  «…надежда,  что  новые

эксперименты  наведут  нас  на  след  объективных  событий  во   времени   и

пространстве, была бы не более основательной,  -  пишет  Гейзенберг,  -  чем

надежда обнаружить «край мира» где-нибудь  в  районах  Антарктики»  (1,с10).

Так, например, по Гейзенбергу, атомы, изучаемые современной  физикой,  нельзя

рассматривать как реальные объекты, находящиеся  в  пространстве и времени.

Гейзенберг утверждает, что,  по  существу,  они  являются  не  материальными

частицами, а  только символами,  введение  которых  придает  законам  природы

особенно  простую  форму.   «Атомное   учение  современной   физики,   таким

образом, существенно отличается от  античной  атомистики  тем,  что  оно  не

допускает    больше    какой-либо    интерпретации    в    духе     наивного

материалистического мировоззрения» (1,с.49-50). 

   Дело  здесь, конечно, не в том,  что Гейзенберга не  удовлетворяет  какая-

либо  наивная  форма  материализма.  Он  отвергает  материализм  вообще  как

научное мировоззрение, как  основу  научного  познания.  Чем  же  Гейзенберг

пытается обосновать свой категорический отказ от материализма и свою  защиту

идеализма? На какие конкретные данные физики он стремится опереться в  своем

столь далеко идущем пересмотре основ научного познания? 

   Нельзя  не увидеть, что аргументация  Гейзенберга  основана  на  смешении

различных вопросов. Гейзенберг строит свое отрицание материализма вообще  на

критике ограниченных представлений  метафизического  материализма.  В  самом

деле, характеризуя точку зрения  классической  физики,  стоящей  на  позиции

признания объективности, данной нам в  ощущении,  Гейзенберг  связывает  это

признание объективной  реальности с обязательным утверждением,  что  время  и

пространство  друг от друга не зависимы, неизменны, с  физическими  объектами

не  связаны  (1,с.3-4).  Материализм,   говорит   он,   обязательно   должен

признавать неизменность пространства и времени,  их  независимость  друг  от

друга  и  от  материальных  объектов.   Но   современная   физика   показала

взаимосвязь пространства и времени, раскрыла  связь свойств  пространства  с

распределением  материи, зависимость  пространственных  и  временных  свойств

тел  от  их  движения.  Следовательно,  заключает  Гейзенберг,   материализм

опровергнут. 

   Однако  из того, что пространство и время оказались тесно  взаимосвязаны,

что они зависят  от  свойств  движущейся  материи,  вовсе  не  следует,  что

физические явления  стали зависимыми производными от субъекта.  Оказалась  не

состоятельной метафизическая точка зрения, согласно которой, пространство  и

время  –  это  некие  неизменные  и  независящие  друг   от   друга   пустые

«вместилища»  для физических процессов.  Но  от  этого  ни  пространство,  ни

время, ни сами физические процессы не перестали быть  объективно  реальными.

Свое отрицание  объективности  физических  явлений,  пространства  и  времени

Гейзенберг не может вывести из данных современной  физики;  он  насильственно

навязывает его  физической науке. 

   Другой  аргумент, используемый Гейзенбергом  для   отрицания объективной

реальности, состоит  в следующем. Материализм,  по  его  мнению,  обязательно

связан  с  признанием  того,  что  мельчайшие   частицы   материи   являются

уменьшенными  копиями  обычных  макроскопических  тел  и  непременно  должны

двигаться  по  законам  механики  Ньютона.  Между  тем  современная   физика

доказала, что  микрообъекты обладают сложной корпускулярно-волновой  природой

и  подчиняются  особым,  неизвестным  ранее,  квантовым   законам.   Значит,

заключает Гейзенберг, материализм потерпел крах,  микрообъекты  не  являются

объективной реальностью! 

   Совершенно  ясно, однако, что развитие физики  показало  несостоятельность

метафизической  точки зрения, согласно которой  все  виды  и  формы  движения