Квантовая теория

Содержание

Введение

Квантово-механическое описание реальности

Основные трактовки квантово-механической теории        

Заключение

Список литературы

Введение

Квантовая теория в ряду других современных физических теорий занимает совершенно особое место. Если обратить внимание на те изменения, которые она принесла в основополагающие принципы и категории нашего пони мания мира, переворот в науке, произведенный теорией квантов с начала 20-х годов, можно сравнить по значению лишь с коперниковским переворотом во времена Ренессанса. В то время переход от конечного космоса к бесконечному Универсуму был связан с совершенно новой точкой зрения, по-новому определившей положение человека во Вселенной, и принесшей совершенно новые принципы наблюдения и объяснения мира. Квантовая же механика наше понимание реальности потрясает таким образом, что в своем значении она остается еще до сих пор во многом непонятой. Рассматривая фундаментальные вопросы современной физики, мы неизбежно сталкиваемся с философскими, онтологическими и метафизическими, в прямом смысле этого слова, проблемами. Трудно не согласиться с утверждением Д'Эспанья, что « ... в наши дни попытки сконструировать образ реальности, свободный от всякой метафизики, больше напоминает попытку построения квадратуры круга» [D'Еsраgnаt, 1991, р.231]. Более того, те или иные метафизические представления, имплицитно или эксплицитно пронизывают все наше мировоззрение - от уровня обыденного до научно-теоретического.

Квантово-механическое описание реальности

Современная физика в своих основах выходит к очень глубоким философским вопросам. Оказывается, что «те проблемы..., которыми физики занимаются в своей переполненной оборудованием лаборатории, не менее глубоки, чем те, над которыми размышлял Платон на поросших травой лужайках. Чем определяются пределы познания? Действительно ли наше восприятие в некотором смысле формирует физический мир? Присутствует ли во Вселенной элемент случайности, или все события предопределены заранее?» [Хорган, 1992, с. 70-71]. Видно, что все эти вопросы в равной мере являются как физическими, так и философскими (метафизическими). Между ними, оказывается, трудно провести границу.

Жаркие споры и дискуссии о реальности квантово-механических состояний, о «соучастии» человека в творении мира и о роли в этом его сознания, о множественности миров, о локальности, о детерминизме и каузальности, об особой роли вероятности в квантовой механике по сравнению с классической статистической физикой и многие другие вопросы, как нельзя лучше иллюстрируют, каким радикальным образом подвергаются сомнению наши основные представления и категории. По странности, парадоксальности и даже видимой абсурдности по сравнению со здравым человеческим смыслом квантовая механика и ее многочисленные интерпретации превосходит научно-фантастическую литературу [Lenk, 1995, s. 202]. Альберт Эйнштейн сказал однажды: «Если квантовая механика права, то мир сошел с ума» [Хорган, 1992, с. 72]. И сейчас многие физики, такие, например, как теоретик из Нью-Йорка Даниель Гринбергер констатируют: «Эйнштейн был прав. Мир сошел с ума» [Там же, с. 72] Нильс Бор утверждал, по словам его ученика Уилера, что если «квантовая физика не приводит вас в замешательство, то вы ее не поняли по-настоящему» [Там же, с. 73]. До сих пор все проведенные эксперименты подтверждают наихудшие опасения Эйнштейна. «В области философских трактовок нужно ожидать только одного ... - если что и можно усвоить из квантовой теории и ее интерпретаций, это только одно: здесь необходимо полностью отказаться от обыденного разума и не доверять «здравому человеческому рассудку» [Lenk, 1995, с. 202]. Квантовая механика ставит множество «загадок», и одна из них демонстрируется, например, в связи с проблемой наблюдателя в «творении» объективной реальности. Как-то в разговоре с Паскуалем Йорданом Эйнштейн сказал о теоретиках в области квантовой теории: «Все же они не считают всерьез, что Луна не существует, когда на нее никто не смотрит». В противовес этому утверждению физик Давид Н. Мэрмин из Корнуэльского Университета написал в одной из своих статей, что теперь мы можем с определенностью доказать, что Луна действительно не существует, когда на нее никто не смотрит: «We now know that the mооn is demonstrabIy not there when nobody looks» [Joumal of Philosophy, 78 (1981), р. 397]. Проблема объективности мира является одной из наиболее интригующих в квантовой механике, и Мэрмин вовсе не одинок в своих выводах. Отнюдь не мала и партия его противников. Можно было бы привести и множество других не менее шокирующих обыденное сознание выводов, делающихся из квантовой теории, очень часто прямо противоположных друг другу. Однако мы не в этом видим свою задачу, тем более что специалистам в области философских проблем квантовой теории все эти дискуссии очень хорошо знакомы. Вопрос который нас здесь интересует, состоит в следующем: Можно ли вообще описать эту странную, прямо-таки «сюрреальную» реальность квантовой физики?

Необычайность свойств квантовой механики приковывает внимание к ней множество специалистов и философов. В последнее время, начиная с начала 90-х годов, произошло значительное увеличение количества работ, так или иначе посвященных этой теме. К сожалению, множество из них носит либо спекулятивный, либо прямо-таки мистический характер, поскольку в них должным образом не анализируются действительные и актуальные проблемы реконструкции квантовой реальности. Квантовая теория с ее гносеологическими уроками служит основанием для утверждений о становлении нового, неклассического типа научной рациональности. Именно на квантовую механику ссылаются тогда, когда говорят о том, что необходимо отказаться от стандартов и идеалов классической рациональности, когда, в частности, утверждают, что идеал объективности знания в современной науке перестал играть свою центральную роль.

Есть и еще один круг проблем, тесно связанный с дискуссиями по поводу изменения типа рациональности, где апелляция различных сторон к квантовой механике играет немаловажную роль. Диалогический характер современного мышления, плюрализм мнений, который, как полагают многие представители современной культуры, не является чем-то временным и преодолимым, а является чем-то принципиальным и неустранимым. Такой плюрализм многие исследователи считают одним из важнейших уроков, преподнесенных квантовой механикой человеческому мышлению [Аршинов, 1992]. Некоторые весьма смутные аргументы, почерпнутые именно из квантовой теории, имеют в виду, по-видимому, и те гуманитарии, которые, упрекая классическое естествознание в равнодушии к человеку и бездуховности, с надеждой говорят о якобы идущих в современном научном нании процессах гуманизации знания, настаивают на при сущем современной науке человеческом измерении.

Что во всем этом на самом деле соответствует действительности, а что является только мифом? Как отделить здесь зерна от плевел? Очевидно, что задача эта совсем не простая.

Но что можно сказать с определённостью, так это то, что ответы на вопросы о том, какие именно изменения претерпевает научная рациональность в ХХ веке, что происходит при этом с идеалом объективности научного знания, на самом ли деле наука освобождается от своей беспристрастности и «приобретает человеческое лицо», невозможны без тщательного, скрупулезного анализа той реальной познавательной ситуации, которая существует в рассматриваемой нами области физического знания. В настоящее же время, в полном соответствии с известным в постмодернизме принципом Фидлера - «Пересекайте границы, засыпайте рвы» - происходит наступление не только на идеалы и нормы классической науки, но, можно сказать, и на науку вообще. Ситуацию, которая складывается к настоящему времени (если судить по анализу последней литературы), можно было бы характеризовать словами Артура Файна из его книги «The Shaky Game»: «Любой абсурд имеет теперь своего защитника» [Fine, 1988, р. 1]. В связи с этим мне представляется как нельзя более актуальным обращение к последним дискуссиям вокруг квантовой механики, и в первую очередь к проблеме квантово-механической реальности. Именно вокруг нее было сломано столько копий по поводу интерпретации квантовой механики, в том числе и в нашей стране. Известны дискуссии по этому поводу между А. Эйнштейном. Н. Бором, в. Гейзенбергом. Э. Шредингером; в нашей стране в них приняли живейшее участие - К.В. Никольский, В.А. Фок, Д.И. Блохинцев, Л.И. Мандельштам, С.И. Вавилов. М.А .Марков, М.Э. Омельяновский. А.А. Тяпкин и др.; [см. напр. обзор: Философские проблемы квантовой физики, 1992].

Одна из самых первых интерпретаций квантовой теории - копенгагенская, в смысле описания квантовой реальности была скорее запретительной. Копенгагенская интерпретация фактически запрещает говорить о какой-либо квантовой реальности. «Нет никакой квантовой реальности, а существует лишь абстрактное квантовомеханическое описание» [цит. по: Heгbeгt, 1987, с. 33] - так можно было бы в вкратце ее выразить. Бор, родоначальник копенгагенской трактовки, подчеркивал, что мы должны быть прагматиками при интерпретации квантовых феноменов. У нас есть лишь возможность говорить о результатах эксперимента. измерения (и, причем, только на классическом языке). Квантовые явления возникают лишь при наблюдении, до этого они «не существуют».У истоков копенгагенской трактовки на ранних этапах ее разработки стоял и Вернер Гейзенберг, который в то время разделял ее основные положения. Однако позднее точка зрения Гейзенберга значительно изменилась, и можно уверенно говорить о его собственной интерпретации квантовой механики. Гейзенберг фактически был единственным теоретиком из копенгагенской школы, пытавшимся понять, что же все-таки стоит за квантовым явлением, что оно есть в своей сущности. Его рассуждения приводили к утверждению о необходимости построения новой квантовой онтологии. Гейзенберг справедливо утверждает, что в квантовой механике мы сталкиваемся не просто лишь с удобным формализмом, неким правилом, адекватно описывающим, вообще говоря, неизвестную нам ситуацию, а с формализмом, действительно отображающим реальное положение дел: « ... модифицированная логика квантовой теории неизбежно влечет за собой модификацию онтологии» [Гейзенберг, 1987, с. 222]. О неразрывности онтологических представлений с физической теорией, реконструирующей реальность, утверждает и современный философ науки Цао, который останавливается на лом вопросе в целом ряде своих работ. «. .. Онтология является неустранимым концептуальным элементом в логической реконструкции реальности. Так как онтология дает картину мира, она дает основание, на которой может базироваться теория. Это помогает объяснить ее конститутативную роль в теоретической структуре науки ... » [Сао, 1997, р.10].

При этом «базисная онтология теории рассматривается как несводимый концептуальный элемент в логической реконструкции реальности в рамках этой теории. В противовес видимости или эпифеноменам, а также в отличие от просто эвристических или конвенциальных средств теории базисная онтология касается реального существования ... в качестве репрезентации глубокой реальности онтология теории обладает большой объясняющей силой: все явления и феномены, описываемые теорией, могут быть выведены из нее как результат ее поведения» [Сао, 1999, р.l0].

Проблема квантово-механической реальности до сих пор является остро дискуссионной. Хотелось бы подчеркнуть следующее - то, что в методологической литературе формулируется как проблема квантово-механической реальности на самом деле представляет собой две как бы «склеенные» между собой, но, по сути дела, хотя и тесно связанные, но различные проблемы. Одна из них - это проблема взаимоотношения объекта и субъекта, материи и сознания (то, что, чаще всего, и имеется в виду, когда говорят о проблеме реальности в микромире и проблеме объективности описания); другая - стоящая за ней проблема квантовой онтологии. В методологическом сознании эти две проблемы фигурируют как нечто нераздельное. Но если за этой целостностью не увидеть внутренней дифференцированности, решить проблему описания квантово-механической реальности невозможно. Обычно при обсуждении эпистемологических оснований проблемы квантовой реальности апеллируют к недостаткам декартовской гносеологии, с ее разделением, разграничением субъекта и объекта познания. Предполагается, что в квантовой механике, в отличие от классики, декартовский принцип разделения субъекта и объекта познавательной деятельности перестает быть справедливым. Из творцов квантовой теории на этом настаивал В Гейзенберг. «Именно эту разделенность и должны мы в соответствии с современной физикой подвергнуть критике», - утверждал он [Heisenberg, 1987, s. 64]. Такая точка зрения очень распространена и в методологической литературе. Ее сторонники ссылаются на то, что квантово-механическая реальность создается только в процессе измерения, в процессе взаимодействия измерительного прибора и квантового объекта. И одни из них вообще отказываются говорить о существовании какой-либо реальности за квантово-механическими феноменами (см., упомянутую выше, копенгагенскую трактовку), другие говорят о творении объективной реальности наблюдателем и об особой роли его сознания в этом процессе. Как известно, одной из плодотворных попыток выйти из затруднительной ситуации в интерпретации квантовой теории явилось появление принципа дополнительности Бора. Хотя проблема объективности, субъект - объектных отношений и является серьезной трудностью в решении задачи теоретической реконструкции закономерностей микромира (она все еще фактически не решена, и дискуссии вокруг нее продолжаются), тем не менее, она не выводит гносеологию за рамки декартовской эпистемологии. Декартовский принцип разделения субъекта и объекта оказывается справедливым и здесь.

квантовый теория механика

Основные трактовки квантово- механической теории

В настоящее время существует множество трактовок квантовой механики, что указывает на явную или неявную убежденность, авторов в возможности такой интерпретации. На мой взгляд, любая интерпретация квантовой теории может быть только тогда адекватной, когда она одновременно «схватывает» все выделенные выше характерные особенности описания квантово-механической реальности. Существующие же интерпретации «ухватывают» лишь те или иные из этих особенностей, оставляя в тени другие. Так, в трактовке Уиллера внимание акцентируется в основном на принципе «участия», «зависимости от иного», у Пригожина на динамическом аспекте, у Бома на целостности и динамичности и т.д.

В связи с этим, представляется полезным рассмотреть основные известные интерпретации, хотя здесь возможно дать лишь краткий обзор существующих точек зрения, так как подробный анализ является предметом специального исследования и занял бы слишком много места [подробнее см., например, Lenk, 1995; Herbert, 1987].

1. Копенгагенская трактовка квантовой механики является наиболее известной и сформулирована в основном Н.Бором. Эта точка зрения развивалась в работах не только Бора, но и В. Гейзенберга, В Лаули, уточнялась впоследствии учениками Бора. Необходимо отметить, что первоначально «копенгагенская трактовка» никогда не фиксировалась ее зачинателями в каком-либо одном единственном тексте. Она существует скорее во множестве интерпретаций, которые хотя и не различаются в своем физическом содержании, но имеют ряд различий философского плана [см.: Bohr, 1966; Heisenberg, 1959; У. Weizsaecker, 1971]. В этой трактовке утверждается - и это является центральным пунктом в ней - что в виду неустранимых парадоксов квантовой механики, мы можем знать с определенностью как «реальные» только результаты измерений. В сфере применимости квантовой механики нельзя задавать вопросы о том, что представляет собой, например, электрон, когда фактически не производится его наблюдение с помощью экспериментальной установки того или иного типа (выявляющей либо корпускулярные, либо волновые его свойства). Квантово-механические предсказания относятся лишь к ситуациям фактического наблюдения. Как уже отмечалось во введении, такая точка зрения является ограничительной, т.к. она запрещает спрашивать о сущности явления до измерения. Бор не отрицает реальности окружающего мира, но указывает на принципиальную невозможность более подробного анализа взаимодействия между микрообъектом и прибором. С его точки зрения объяснение квантово-механического явления состоит не в сведении его к какому-либо «механизму», стоящему за этим явлением, но в построении теории нового типа и ее интерпретации (концепция Дополнительности).

2. Развитием копенгагенской трактовки является интерпретация, предложенная учеником Бора Дж.Уилером. В копенгагенской интерпретации квантовой механики можно вычленить два независимых тезиса: 1. Не существует никакой реальности вне наблюдения. 2. Наблюдение «создает» реальность. Копенгагенская школа настаивает на существовании только «феноменологической» реальности.

Страницы: 1, 2