CC BY
464
Философские проблемы квантовой механики в трудах Карла Раймунда Поппера
0.A. Никонов, A.B. Михайлюк
Политехнический факультет МГТУ, кафедра физики
Аннотация. В статье анализируются логико-эпистемологическая концепция К. Поппера и ее основания. Подчеркивается значение философской интерпретации квантовой механики для философии науки в целом и для философии физики в частности; описывается ситуация в физике в начале XX века; представлена дискуссия между физиками по поводу интерпретации квантовой механики, а также интерпретация физики и всей космологии самим К. Поппером.
Abstract. The paper has analyzed the logic-epistemological conception of K. Popper and its grounds. The importance of the philosophical interpretation of quantum mechanics for philosophy has been underlined. The situation in physics at the beginning of the XX century has been described. The discussion on the interpretation of quantum mechanics, the interpretation of physics and cosmology made by K. Popper has been considered.
1. Введение
Карл Раймунд Поппер - классик мировой философии XX столетия. Он родился 28 июля 1902 г. в Хеммельгольфе вблизи Вены в семье профессора права Венского университета Симона Поппера. Отец его интересовался эпохой эллинизма и философскими социальными идеями XVIII и XIX вв., а мама -музыкант - с детства привила ему любовь к музыке, увлечение которой он сохранил до конца жизни. Интересы родителей отразились на домашней библиотеке. Вспоминая влияние семьи и всего окружения на его раннее развитие, Поппер замечает: "Книги были частью моей жизни еще до того, как я смог их читать" (Popper, 1990).
В шестнадцать лет (1918 г.) Поппер оставляет школу и поступает в Венский университет. Вскоре, однако, он предпочел самостоятельные занятия, посещая в основном лекции по математике и теоретической физике. В 1924 г. Поппер оканчивает университет, а в 1928 г. защищает диссертацию и получает диплом преподавателя математики и физики в гимназии. При этом он продолжает самообразование, размышляя над волнующими его проблемами.
В 1937-1945 гг. Поппер жил в Новой Зеландии, где работал в университете г. Крайсчерча. Получив британское подданство, в январе 1946 г. прибывает в Англию и приступает к работе в Лондонской школе экономики и политических наук. Научная деятельность Поппера до его выхода на пенсию в середине 70-х годов была связана с кафедрой философии, логики и научного метода этой школы. Вся творческая деятельность Поппера продолжалась более 65 лет. Он скончался в Лондоне 17 сентября 1994 г. и был похоронен в Вене.
Логико-методологическая система Карла Поппера является одной из наиболее известных. Интерес к философии К. Поппера вызван ее сильным воздействием на современную методологию науки и эпистемологическую систему в целом. Под влиянием его идей формировались и развивались взгляды и концепции И. Лакатоса, Дж. Агасси, П. Фейерабенда, Дж. Уоткинса, А. Масгрейва, Т. Куна, У. Бартли, Д. Миллера и многих других признанных авторитетов в философии науки. В этой связи заслуживает внимания исследование всей логико-эпистемологической концепции К. Поппера, ее оснований и современного осмысления.
2. Основные идеи философии K.P. Поппера
Так как Карл Раймунд Поппер жил в XX в., его философская и логико-методологическая концепции воплотили в себе весь круг понятий, идей, проблем и требований, свойственных этому времени. В этом смысле Карл Поппер как ученый и философ является "детищем" своей эпохи. Он не только формирует стиль мышления своего времени и воплощает его в своих дальнейших программах, но и сам находится под некоторым воздействием последнего.
Можно сказать, что решающую роль в формировании философско-логической концепции Поппера сыграли годы, когда он жил в Вене (1917-1937 гг.) и поддерживал творческие контакты с некоторыми лидерами логического позитивизма (в частности с Р. Карнапом). Несомненно, интерес Поппера к тому кругу философских проблем, которые сегодня относятся к философии науки, был обусловлен влиянием атмосферы Венского университета, где долгие годы работал Мах и его ученики. В литературе раньше часто встречались утверждения, что Поппер был членом Венского кружка. Сам
Поппер решительно отрицает это: "В отличие от моих друзей - Фридриха Вайсманна, Герберта Фейгля и Виктора Крафта - я никогда не был членом Венского кружка логического позитивизма. Отто Нейрат даже называл меня "официальной оппозицией". Меня никогда не приглашали на заседания кружка, возможно, из-за моей хорошо известной оппозиции позитивизму. (Я с удовольствием бы принял такое приглашение не только потому, что некоторые из членов кружка были моими друзьями, но и потому, что я пользовался большим уважением и среди других его членов.)" (Поппер, 2003).
Венский кружок представлял собой неформальное сообщество, возникшее в 1922 г. на базе семинара, возглавляемого Морицом Шликом, при кафедре "философии индуктивных наук" в Венском университете. Работа Венского кружка внесла большой вклад в создание фундаментальных представлений о вопросах, проблемах, темах, средствах и методах современных исследований естественнонаучного познания. Все участники этого кружка разделяли традицию философского эмпиризма и в большей или меньшей мере разделяли критическое отношение Р. Карнапа к метафизике. Основой философии науки этого периода XX в. можно считать: антиметафизическое умонастроение; основная задача - анализ языка науки; знание принималось в форме высказывания или предложения; анализ языка науки сводился к представлению о том, что сложные научные высказывания можно разложить на простейшие, выражающие непосредственный опыт познающего субъекта; основной характеристикой научного знания является опытное подтверждение (верификация). То направление, в котором работали члены кружка, означало некий разрыв с философской традицией, поэтому получило название "логический неопозитивизм". Главным наследием Венского кружка является разработка логических методов анализа научного знания и построение логики науки, имеющих и поныне огромное значение для современной философии науки.
Заблуждению об участии К. Поппера в работе Венского кружка способствовало то, что первая опубликованная книга К. Поппера "Logik der Forschung" ("Логика исследования") вышла в 1934 г. при поддержке Виктора Крафта и Герберта Фейгля в серии книг, большая часть которых была написана членами кружка. Эта книга была, по сути, книгой по философии науки, но выдвигаемые Поппером идеи решительно расходились с концепцией Венского кружка и были неразрывно связаны с критикой программ, выдвигаемых в рамках неопозитивизма. Поппер считает принцип опытной верификации как критерий подлинного научного знания несколько ограниченным. Взамен он выдвигает принцип фальсификации, согласно которому истинность теории выражается не в ее опытном подтверждении, а в возможности ее эмпирического опровержения. Если для Венского кружка наука выступала как система строго доказанных высказываний, то теперь, согласно К. Попперу, следовало осознавать, что всякое научное знание является предположением, т.е. ему свойственна принципиальная погрешимость. Погрешимость есть существенная черта всех подлинных научных результатов. Именно поэтому концепция Поппера была названа "фаллибилизмом" и являлась не логическим построением науки, а теорией прогресса научного знания.
Прослеживая интеллектуальное и философское развитие Поппера, его нельзя отнести к какому-либо направлению или школе. Он сам влиянием своей личности создает новое направление эпистемологических исследований - "критический рационализм" - попытка конструктивного теоретического преодоления логического позитивизма (согласно К. Попперу (1983), методами последнего уничтожена не только метафизика, но и естествознание, "так как законы науки точно так же, как метафизические утверждения, несводимы к элементарным высказываниям о чувственном опыте"). С самого начала творческой карьеры у Поппера вырабатывается критическое отношение к любому высказыванию, любой теории, к любому учению, в особенности к такому, которое стремится провозгласить себя последним научным достижением.
Главной целью философии Поппер видит изучение роста научного знания, в особенности -научной космологии. Последняя являет собой "проблему познания мира, включая и нас самих (и наше знание) как часть этого мира" (Поппер, 1983).
Первая книга К. Поппера "Логика исследования" (Logik der Forschung, 1934) после перевода ее на английский (1959 г.) превратилась в "Логику научного открытия" (The Logic of Scientific Discovery) и приобрела широкую известность в философских кругах. Свои первоначальные идеи, посвященные проблемам философии науки, К. Поппер постоянно совершенствовал и расширял. Среди всех изданных им позже книг особое место занимает "Постскриптум: двадцать лет спустя", который является итогом работы Поппера по философии физики. Постскриптум состоит из трех томов:
Том 1. "Реализм и цель науки" (Realism and the Aim of Science).
Tom 2. "Открытая вселенная: аргументации в пользу индетерминизма" (The Open Universe: An Argument for Indeterminism).
Tom 3. "Квантовая теория и раскол в физике" (Quantum Theory and the Schism in Physics).
Третья часть Постскриптума "Квантовая теория и раскол в физике", как указывает в предисловии к первому английскому изданию (1982 г.) этого тома редактор В.В. Бартли третий, была
подготовлена еще в 1962 г., но опубликована только через двадцать лет. "Разумеется, сейчас многие вопросы трактуются иначе" (Бартли, 1998). Сам Поппер замечает: "Работа над этой книгой длилась более тридцати лет, хотя часто прерывалась. Она представляет собой философию физики, а физика менялась в течение этого периода, как, впрочем, и сам автор. В результате книга содержит несколько различных частей" (Поппер, 1998).
О том, какое место в творческом наследии Поппера занимает "Квантовая теория и раскол в физике", указывает в послесловии переводчик с английского - доктор философских наук, профессор
A.A. Печенкин: "... особое... место определяется не только творческой индивидуальностью Поппера, всегда проявлявшего к квантовой механике интерес не стороннего наблюдателя, но активного участника, конструктивно вторгавшегося в теоретическую физику, предлагавшего мысленные эксперименты и интерпретационные модели, состоявшего в переписке с А. Эйнштейном и спорившего с Н. Бором,
B. Гейзенбергом и В. Паули. "Место философии квантовой механики в философии науки К. Поппера определяется также и той ролью, которую играет этот раздел в философии науки." А именно: философия квантовой механики - один из наиболее разработанных и изощренных разделов философии науки, раздел, где эта дисциплина контактирует с самой наукой, причем контактирует, не только предлагая те или иные формулировки и решения трудных вопросов, встающих в науке, но и осваивая математические и концептуальные методы самой науки. "Можно сказать, что философия квантовой механики служит парадигмой философии физики, а если учесть место философии физики в философии науки (the philosophy of science) вообще, то можно сказать, что философия квантовой механики служит парадигмой, по меньшей мере, философии физики" (Поппер, 1998).
На страницах "Квантовой теории и раскола в физике" Поппер представляет дискуссию между физиками по поводу интерпретации квантовой механики, а также предлагает свою интерпретацию физики и всей космологии. Основная идея философии Поппера в том, что "нечто может возникнуть из ничего" (Бартли, 1998). Такого рода идея сталкивается с непониманием как со стороны ученых, так и со стороны философов. Для философской традиции преимущественной остается идея, что ничто из ничего не возникает, т.е. энергия ниоткуда просто так не берется и никуда просто так не исчезает. Энергия взаимосвязана с массой вещества: изменение одной является причиной изменения другой. Все явления природы являются причинно обусловленными. Время течет от прошлого через настоящее в будущее, поэтому в будущем содержится прошлое. Познавая прошлое, можно предсказать будущее, если в основу положить данные наблюдения и "естественный свет разума". Позиция Поппера в корне отличалась от существующей и, естественно, столкнулась с сильным сопротивлением. Как пишет В.В. Бартли, главные идеи попперовской философии заключаются в следующем: "Научные теории вводят во Вселенную новые формообразования и не могут быть сведены к наблюдениям. Такой вещи, как научная индукция, не существует. В настоящем и прошлом не содержится будущее. Физика индетерминистична, впрочем, как и история, причем также и потому, что научные идеи воздействуют на историю и, таким образом, на ход мировых событий. В биологии есть подлинная эмердженция. Ценность не сводится к факту. Дух несводим к материи. Дескриптивный и аргументативный уровни языка несводимы к его выразительному и сигнальному уровням. Сознание - это "кончик стрелы" эволюции, и продукты сознания не детерминированы. Отсюда значимость "открытого общества" в "открытой вселенной" (Бартли, 1998).
Таким образом, логико-методологическая концепция Поппера противостоит индуктивизму, субъективизму, позитивизму и инструментализму в физике и является дедуктивистской, реалистической, антипозитивистской и антиинструменталистской. Идеи Поппера получили значимость для философии науки, так как выдержали проверку временем. Они, сталкиваясь с явными и возможными возражениями физиков-теоретиков и философов самого высокого ранга, постоянно корректировались, совершенствовались, проверялись и развивались, приобретая с каждым разом все большую ясность.
3. Успехи физики и кризис понимания
Прежде, чем приступить к рассмотрению философских проблем физики в трудах К. Поппера, целесообразно указать на один важный метод, используемый философами при решении определенной проблемы и, по мнению К. Поппера, заслуживающий особого внимания, - исторический метод. Суть его состоит в выяснении, что же думали и говорили по поводу рассматриваемой проблемы другие люди, почему они с ней столкнулись, как формулировали ее, как пытались ее решить. Следуя К. Попперу, рассмотрим ситуацию в физике, сложившуюся в первой четверти XX века, а также те философские проблемы, причиной которых она явилась.
Физическая наука имеет огромное значение не только для философского стиля мышления, основой которого является расширяющееся познание окружающего мира, частью которого мы являемся. Важное значение физики состоит и в том, что периодически она дает повод пересматривать и совершенствовать систему наших взглядов и понятий как орудие познания. В рамках каждой эпохи
сохраняют существенное значение для науки в целом такие области знания, которые определяли стиль философского мышления прошлых эпох. Классическая механика Ньютона - Максвелла, например, сохраняет до сих пор фундаментальное значение для всего естествознания, но не она уже определяет образ мышления современной эпохи. Новая эпоха начинается с 1900 г., когда М. Планк обнародовал свою формулу излучения и идею квантов энергии.
В истории есть много примеров, когда новое явление в науке осознается не сразу. В начале XX в. большее внимание уделялось революционным открытиям рентгеновских лучей, радиоактивности, теории относительности, нежели формуле Планка. Только исследование атомного строения материи обнаружило, что прогресс в данной области невозможен без изменения наших основных понятий. Применение классических физических идей в данной области оказалось ограниченным.
Вспоминая об идее квантов, М. Борн пишет: "Физический мир принял это предложение с большим скептицизмом, так как оно совсем не подходило к твердо установленной волновой теории света. Годы шли без существенного изменения" (Борн, 1963). Другой великий физик Н. Бор пишет о позиции самого Планка: "Рассуждения Планка были в основном статистического характера; Планк весьма осторожно избегал окончательных выводов о том, в какой мере существование кванта действия означает отход от основных законов механики и электродинамики" (Бор, 1971).
К идее квантов возвращается Эйнштейн в 1905 г. Он показывает, что свет состоит из частиц, названных позднее фотонами, и такое явление, как фотоэффект, зависит именно от квантовых эффектов. Согласно Эйнштейну, свет не только излучается, но и поглощается в виде отдельных квантов, или фотонов с энергией Е = h v и количеством движения р = hk, здесь h - постоянная Планка, v - число колебаний в единицу времени, а k - волновое число. Идея фотона породила дилемму: корпускулярная картина света была несовместима с явлениями интерференции, которые могут быть описаны только при помощи волновой теории света. Но новое подтверждение гипотезы существования квантов было дано Эйнштейном в 1907 г. его теорией удельной теплоемкости. Как пишет М. Борн: "Окончательным триумфом квантовой теории явилось ее приложение к планетарной модели Резерфорда, осуществленное Бором в 1913 г. Оно разрешило загадку атомной стабильности, объяснило таинственные спектральные серии и основные характерные черты периодической системы" (Борн, 1963). После этого в течение последующих двенадцати лет происходит ряд важнейших открытий, которые являлись подтверждением квантовой гипотезы и теории Бора. Между тем вместе с новыми открытиями в области атомных явлений накапливались многообразные несогласующиеся факты, которые привлекали к себе внимание все большего числа физиков. Кажущиеся противоречия внутри квантовой теории ощущались все острее и являлись причиной многочисленных дискуссий.
Нильс Бор приводит цитату из статьи Эйнштейна, посвященной равновесному тепловому излучению (1917 г.), по поводу некоторых полученных выводов: "Эти свойства элементарных процессов заставляют считать почти неизбежным построение собственно квантовой теории излучения. Слабость теории состоит, с одной стороны, в том, что она не приближает нас к объединению с волновой теорией, и, с другой стороны, в том, что она предоставляет «случаю» время и направление элементарных процессов; тем не менее, я питаю полное доверие к надежности того пути, на который мы вступили" (Бор, 1971). Таким образом, в рамках электромагнитной теории, которую можно считать расширением классической механики, энергия распространяется непрерывно, а свет представляет связанные между собой электрические и магнитные колебания большей частоты и меньшей длины волны, чем радиоволны. Волновая теория света хорошо объясняет цветовую дисперсию и описывает интерференционные эффекты, но она не является достаточной для описания ряда других световых явлений. Ее дополнением является корпускулярная теория света, согласно которой передача энергии светом обладает атомистичностью, а не непрерывностью. То есть передача энергии светом осуществляется в результате индивидуальных актов. При каждом акте передается квант света, а носителем этого кванта является фотон. Причем фотоны, являясь частицей света, не могут рассматриваться как частицы в смысле классической механики. Эти частицы существуют только в движении, и с ними нельзя связать какую-либо определенную траекторию. Таким образом, хотя волновая и квантовая теории света противоречат друг другу, но между ними существует глубокая связь - они являются дополнительными аспектами одного и того же явления.
Корпускулярно-волновой дуализм света являлся вызовом разуму, но его следовало принять как парадоксальный факт. "...Вызов разуму дошел до кульминационного пункта благодаря знаменитому тезису де Бройля 1924 г., в котором этот дуализм волна-корпускула был посредством чисто теоретических рассуждений распространен на электроны" (Борн, 1963). Существование волн де Бройля было вскоре подтверждено опытами по дифракции электронов.
Идея де Бройля была с восторгом встречена Эйнштейном, а также Шредингером. Гейзенберг в 1925 г. заложил основы рациональной квантовой механики. В дальнейшем она была более развита
благодаря таким ученым как Крамере, Борн, Иордан и Дирак. Они являются создателями так называемой матричной формы квантовой механики, которая представлялась абстрактной моделью и требовала от ученых и философов более глубокого исследования проблемы наблюдения в атомной физике. Данная теория вводит формальный аппарат абстрактных символов, представленных в форме матриц с элементами, относящимися к переходам между стационарными состояниями атомов.
Практически в то же время (1926 г.) Шредингер создает новую линию в данной области исследований. В частности, он показал, что стационарные состояния атомной системы могут быть представлены при помощи волнового уравнения, при этом матричная форма квантовой механики приводит к результатам, совпадающим с теми, какие можно получить с помощью методов волновой теории. Методы волновой теории были более удобными в математическом отношении и являлись по сути статистическими.
Две формы математического аппарата квантовой механики - матричная и волновая - являлись тождественными и вместе образовывали логически законченную систему, которая ничем не уступала классической механике, но абстрактный характер аппарата данных теорий вызывал чувство неудовлетворенности.
В 1927 г. Гейзенберг открывает закон о своеобразной "неопределенности" состояния атомной системы. Данный закон проложил путь для дальнейшего более глубокого философского анализа оснований квантовой теории. К. Поппер, будучи лично знаком с Гейзенбергом, пишет: "На Гейзенберга произвел грандиозное впечатление тот прорыв, который он произвел, и который сопровождался у него интуитивным видением новой теории. Он заметил тогда для себя, что «важнейшим критерием истинности» является «простота законов природы, которая всегда светит нам в конце пути»" (Поппер, 1998).
Не вдаваясь более в хронологию открытий, происходивших в физическом мире, можно сделать вывод, что, несмотря на невероятные успехи физической теории, она хоть и решает старые проблемы, но и порождает новые. Словами К. Поппера: "Сегодня физика находится в кризисе... кризис физики проявляется в том, что ее фундаментальные теории находятся в состоянии перманентной революции. Впрочем, это, на мой взгляд, нормально для зрелой науки. Существует, однако, другой аспект того кризиса, который сейчас происходит, - это кризис понимания" (Поппер, 1998).
Кризис понимания, по мнению К. Поппера, возник в физике вместе с копенгагенской интерпретацией, или, более точно, - с точкой зрения Бора и Гейзенберга на статус квантовой механики. К. Поппер называет период 1927-1932 гг. периодом "тезиса окончания пути". По его мнению, "квантовая механика трактуется как последняя революция в физике, поскольку в ней были достигнуты имманентные границы знания". В соотношениях неопределенностей Гейзенберга содержатся пределы нашего знания в теории атома, а также и то, "что истина о положении вещей в физике выводится из самой физики. тем самым декларировалось, что физика достигла конца своего пути и что дальнейшие прорывы невозможны" (Поппер, 1998). Такой точки зрения придерживался не только В. Гейзенберг, но и Н. Бор, М. Борн, В. Паули.
В философской литературе первоначально копенгагенская интерпретация квантовой механики считалась ортодоксальной, так как давала неточные формулировки типа "принципиально неконтролируемое взаимодействие" и устанавливала связанные с этим запреты познания микромира. Нильс Бор в статье "Квантовый постулат и новейшее развитие атомной теории" (1928 г.) излагает общие замечания о принципах, лежащих в основе описания атомных явлений. Он пишет, что квантовый постулат "заключает в себе отказ от причинного пространственно-временного описания атомных процессов" (Бор, 1971). Обычное описание явлений природы выглядит естественным, если рассматриваемое явление можно наблюдать, не оказывая при этом влияния на него. Но когда дело касается наблюдения атомных явлений, то, согласно квантовому постулату, нельзя пренебречь взаимодействием объекта со средствами наблюдения в силу малого значения кванта действия. Для однозначного (пространственно-временного) определения состояния физической системы необходимо исключить всякое внешнее воздействие, что невозможно. Если же допустить некоторое взаимодействие между системой и средствами наблюдения при проведении эксперимента, то тогда невозможно однозначное определение состояния системы, т.е. не может быть речи о причинности. Следовательно, невозможно приписать самостоятельную реальность в обычном физическом смысле ни явлению, ни средствам наблюдения. Таким образом, существование объективной реальности или ее отрицание ставится в зависимость от точности знания о ней и от того, может ли она быть определенной или неопределенной. Так как все наблюдения, в конечном счете, могут быть сведены к ощущениям, а интерпретация данных чувственного восприятия во многом зависит от рациональных принципов и теоретических представлений экспериментатора, то в этом случае физическая реальность представляется мысленной конструкцией того же экспериментатора. В прежней физике считалось, что объект является строго определенным и допускает в принципе абсолютно точное измерение его координаты и импульса. Появление соотношения неопределенностей, как его пояснял сам Гейзенберг, обусловлено неточностью всех восприятий, а постоянная Планка характеризует предел точности одновременного измерения
положения и скорости (Борн, 1963). Возникает вопрос: чем обусловлена эта неточность в микромире? В работах Н. Бора, М. Борна, В. Гейзенберга можно найти следующие выводы: объект принципиально непознаваем, неконтролируем, а наша макроскопическая природа является препятствием на пути познания микромира. В рамках копенгагенской интерпретации впервые была выявлена ограниченность классического способа описания и на основе принципа дополнительности сформулировано содержание новой гносеологической ситуации в физике микромира.
Полное описание состояния физической системы в классической механике осуществляется заданием в данный момент времени всех ее координат и скоростей (импульсов). По этим начальным данным уравнения движения полностью определяют поведение системы во все будущие моменты времени. В этом суть принципа классического детерминизма (в лапласовском представлении), выполняющего в классической механике роль принципа причинности. То есть понимание причинности основывается на следующем: состояние механической системы в начальный момент времени с известным законом взаимодействия частиц есть причина, а ее состояние в последующий момент - следствие.
В квантовой механике такое описание принципиально невозможно, поскольку невозможно точно определить импульс (скорость) частицы, не потеряв при этом полностью всех сведений о ее пространственном положении (в тот же момент времени); наоборот, невозможно точно определить положение частицы, не потеряв при этом всех сведений об импульсе. В промежуточном случае произведение неточностей одновременно измеряемых значений координат и импульса по порядку величины должно быть не меньше h:
Ар-Ar > h.
Аналогично, определение энергии с точностью АЕ должно занять интервал времени, равный по меньшей мере At ~ h /АЕ; таким образом, если система находится в некотором состоянии в течении времени At, то энергия ее там определена с неточностью не менее АЕ ~ h / At, поскольку At - наибольший промежуток времени, в течение которого можно измерять энергию, причем
AE-At > h.
В связи с малостью постоянной Планка (h) принцип неопределенности представляет интерес главным образом для систем атомного размера. Таким образом, описание состояния квантовой системы осуществляется меньшим числом величин, чем в классической механике, т.е. является менее подробным, чем классическое.
В 1928 г. Бор для интерпретации смысла и значения принципа неопределенности ввел новый принцип дополнительности, согласно которому ряд величин, дополняющих друг друга и дающих полное классическое описание, фактически являются взаимно исключающими. При этом для всестороннего описания явлений необходимо использовать все дополнительные величины. С точки зрения экспериментатора, принцип дополнительности означает, что в силу свойств физических приборов измерения, точность которых превышает требования принципа неопределенности, вообще невозможны. Но на это не следует смотреть как на результат неопытности экспериментатора или несовершенства применяемой им техники. Здесь мы имеем дело с законом природы, согласно которому при попытке точно измерить одну из величин, например, координату, другая величина - импульс - претерпевает изменения, которые невозможно точно определить, не нарушая результатов первого измерения. Эта ситуация отлична от той, что мы имеем в классической физике; в последней измерения также нарушают состояние наблюдаемой системы, но величину нарушений можно учесть.
В методологическом принципе дополнительности, данном Нильсом Бором, основной акцент ставится на необходимости учета во всех областях знания тех обстоятельств, при которых опытные данные были получены. "Причинное согласование опытных данных по законам механики выполнимо только в тех случаях, где действие велико по сравнению с квантом и где, поэтому, возможно подразделение явления. Если это условие не выполнено, то нельзя пренебрегать действием измерительного прибора на исследуемый объект" (Бор, 1961). В связи с этим данные, полученные при разных условиях опыта, должны скорее рассматриваться как дополнительные, только совокупность разных явлений может дать более полное представление о свойствах объекта.
В атомной области необходимо делать выбор между различными экспериментальными устройствами, предназначенными для измерения членов пары переменных с различной степенью точности, совместимой с соотношениями неопределенности. По классической теории существуют два устройства, каждое из которых с большой точностью измеряет одну из пары величин, причем эти устройства дополняют друг друга, т.к. результаты, необходимые для полного классического описания системы, можно получить одновременно. В противоположность этому в квантовой механике такие дополнительные опыты взаимно исключаются, и их нельзя провести совместно. Если поставить целью эксперимента локализацию частицы в пространстве и времени, то это неизбежно вызовет принципиально
неконтролируемый обмен энергией и импульсом между частицей и измерительными приборами, а этот обмен полностью разрушит те закономерности, которые связаны с предсказуемостью дальнейшего поведения частицы. И наоборот, поскольку сама формулировка предсказуемости требует применения законов сохранения энергии и импульса, исследование их связано с отказом от локализации частицы в пространстве и времени. В этом смысле в атомной области исчезает классическое понятие причинности. Пространственно-временное описание атомных процессов и требование причинности необходимо считать как дополнительные, но исключающие друг друга черты описания содержания эксперимента. "В самом деле, точка зрения «дополнительности» ни в коем случае не означает произвольного отказа от анализа атомных явлений, а, наоборот, является выражением рационального синтеза такого богатства опытных фактов в этой области, какое не вмещается в естественных пределах применимости понятия причинности" (Бор, 1961).
Интерпретация принципа неопределенности с помощью концепции дополнительности подвергалась критике в работах многих ученых, но мало кто осмеливался критиковать Бора открыто. В этой связи Поппер пишет: "Я лично думаю, что подавляющее большинство физиков, включая теоретиков, просто мало утруждало себя этой проблемой, полагаясь на Бора в тех вопросах, где они не чувствовали себя компетентными" (Поппер, 1998).
Хотя Гейзенберг и Бор принадлежали к одной школе, однако, по мнению К. Поппера, подходы к квантовой механике у них разные. Для Гейзенберга было решающим видение "светоносной простоты", окончания пути, конечной истины в соотношениях неопределенностей. Именно он "вел целое поколение физиков к принятию абсурдной позиции, согласно которой квантовая механика учит, что «объективная реальность испарилась»". Тогда как Бор "в основаниях своих суждений был реалистом. Принимая квантовую механику как окончание пути, Н. Бор испытывал что-то вроде отчаяния: только классическая физика понимаема, только она - описание реальности. Квантовая механика не описывает реальность. Достичь такого описания в атомной области невозможно может быть потому, что такой реальности просто не существует. Ближайшее приближение к пониманию атомных явлений дает его принцип дополнительности" (Поппер, 1998).
Связывая кризис понимания в физике с копенгагенской интерпретацией квантовой механики, К. Поппер указывает на причины, лежащие в основе этого кризиса. Он выделяет две основные причины: 1) проникновение субъективизма в физику; 2) убежденность в том, что квантовая теория содержит полную и окончательную истину (Поппер, 1998).
К. Поппер является реалистом. По его мнению, субъективизму в физике способствовали позитивизм Маха и возникновение вероятностной физики. Говоря о квантовой механике и науке в целом, он пишет: "Основная наша тема здесь - реализм. Это тема реальности физического мира, в котором мы живем, тема гипотез, согласно которым мир существует независимо от нас, что он существовал еще до того, как появилась жизнь, что он будет продолжать свое существование и долгое время после того, как мы все исчезнем" (Поппер, 1998). Позитивистская философия рассматривает данные наблюдения и восприятия как более надежную и определенную действительность, чем физическая реальность, ибо последняя является, как полагает позитивизм, просто нашей мысленной конструкцией, нашим изобретением. Основой научных теорий должны быть факты наблюдения как данные, даваемые нам реальностью. Такого рода представлений придерживались Гейзенберг и многие другие физики. Эйнштейн отверг позитивизм "когда ему шел пятый десяток (1926), а на склоне лет он глубоко сожалел о своем субъективистском прошлом (1950)", - пишет К. Поппер (Поппер, 1998). Подтверждением этого служит письмо Эйнштейна к Попперу, написанное в 1935 г., где он указывает: "В целом мне действительно не нравится модная в настоящее время «позитивистская» тенденция цепляться за то, что является наблюдаемым. Я считаю тривиальным то, что никто не в состоянии делать в области атомных величин предсказания с любой желаемой степенью точности, и я думаю (подобно Вам, между прочим), что теория не может быть получена из результатов наблюдений, но может быть только изобретена" (Эйнштейновский сборник, 1978).
По мнению Поппера, к отвержению реализма, т.е. к субъективизму, ведет вероятностная, или статистическая физика, которая длительное время связывалась с недостаточностью нашего знания. Границы нашего знания определяются соотношениями неопределенностей, которые, хотя и объективны, но все же являются границами того, что может познать субъект. Поппер пишет, что "в 30-х годах и, возможно, позже думали, что вероятность входит в физику только потому, что мы не имеем возможности знать точные координаты и импульсы всех молекул газа. Это вынуждает нас приписывать вероятности различным возможностям, т.е. действовать по методу, лежащему в основании статистической механики. Если бы мы смогли узнать, если бы мы были уверены, что знаем координаты и импульсы рассматриваемых частиц, нам не надо было бы отдавать себя на милость вероятности" (Поппер, 1998).
К. Поппер указывает, что вплоть до 1939 г. и даже после на связи между недостаточностью знания и вероятностной физикой настаивали почти все ученые, в том числе и Эйнштейн. Мнение
Поппера по этому поводу совсем иное. Уже в "Логике научного открытия" он указывает на то, что вероятность - это нечто объективное, а соотношения неопределенностей Гейзенберга - не что иное, как соотношения рассеяния. "Иными словами, они ничего не говорят о возможной точности измерений или о пределах наших знаний, но если это - отношения рассеяния, они говорят нам кое-что о пределах однородности квантовофизических состояний и, следовательно, хотя и косвенным образом, о предсказуемости" (Поппер, 2002).
Эйнштейн позже изменил свой взгляд на вероятностную интерпретацию квантовой механики. Убедил его в этом Поппер в ходе их беседы в 1950 г. Поппер отмечает, что со временем вера в объективность границ познания привела к тому, что на вероятность стали смотреть по-другому, но именно представленная здесь история объясняет, с чего началась путаница в интерпретации квантовой теории.
Второй отмеченной Поппером причиной кризиса в современной физике является вера в полноту и окончательность квантовой механики. "Тезис конца пути стал основой, на которой развернулась великая борьба титанов, дискуссия между Альбертом Эйнштейном и Нильсом Бором" (Поппер, 1998).
А. Эйнштейн, М. Планк, Л. де Бройль, Э. Шредингер, Д. Бом и другие физики, которые оценили квантовую теорию как научную революцию, сомневались в том, что она является окончательной, и что следующий шаг в глубину, например в область атомного ядра, невозможен. К. Поппер пишет: "Эйнштейн ясно распознал абсурдность заявления о том, что квантовая механика представляет собой конечный пункт, т.е. что она «полна»" (Поппер, 1998). Дальнейшие события, связанные с открытием элементарных частиц, показали, что, вряд ли квантовую механику можно считать высшей точкой электромагнитной теории, т.е. что квантовая механика не полна, и до конца пути еще далеко.
К. Поппер называет 1932-1936 гг. концом периода "тезиса окончания пути". В это время появляется статья Эйнштейна, Подольского и Розена (ЭПР), авторы которой не согласны с тем, что квантовая механика является полной, т.е. содержит полное описание и окончательную истину.
4. Заключение
Таким образом, исходным пунктом философии науки К. Поппера является "логика научного исследования", которая не только определила название его первой книги, но и стала основной темой всей его логико-методологической концепции. В ней содержится решение проблем демаркации, индукции, фальсификации и подкрепления научных теорий, обсуждается историческое развитие научного знания и усложнение проблематики философии науки. Концепция Поппера является содержательной и непротиворечивой, в ней прослеживается взаимосвязь частных аспектов философии науки.
Его система взглядов формировалась на основе критического осмысления различных подходов к решению эпистемологических проблем, прежде всего, позитивистского подхода. Главная цель философии, по Попперу, - изучение роста научного знания, в особенности - научной космологии. А основной задачей физической науки он считает реализм, т.е. объективное описание физического мира, в котором мы живем. Поэтому критике подвергается субъективизм в интерпретации квантовой механики, утверждающий, что якобы в области атомных явлений "физическая реальность испаряется". Критическое отношение у Поппера складывается и к "тезису окончания пути", согласно которому квантовая механика выступает в качестве последнего слова физики. Он непримиримо относится к любым высказываниям, теориям или учениям, в особенности к таким, которые стремятся провозгласить себя последним научным достижением. Критический рационализм и реализм - основные черты философии оригинального западного мыслителя Карла Раймунда Поппера.
Литература
Popper K. Unended quest. An intellectual autobiography. Illinois, p.11, 1990.
Бартли B.B. Предисловие к кн.: Поппер K.P. Квантовая теория и раскол в физике. М., Логос, с.9, 1998. Бор Н. Атомная физика и человеческое познание. М., Иностранная литература, с.13, 19-20, 35, 1961. Бор Н. Избранные научные труды. М., Наука, т.2, с.403, 1971.
Борн М. Физика в жизни моего поколения. М., Иностранная литература, 536 е., 1963.
Поппер К. Все люди - философы: Как я понимаю философию. Пер. с нем. И.З. Шишкова. М., Едиториал
УРСС, 56 е., 2003. Поппер К. Квантовая теория и раскол в физике. М., Логос, с.11, 1998. Поппер К. Логика и рост научного знания. Избранные работы. М, с.57-58, 1983. Поппер К. Объективное знание. Эволюционный подход. М., Эдиториал УРСС, с.287, 2002. Эйнштейновский сборник 1975-1976. М., Наука, с.283-284, 1978.
