Философия. Философия_ответы. Билеты для кандидатского экзамена по истории и философии науки в группе Хмелевской
 Скачать 2.28 Mb.
|
|
Возможно ли и в КМ сформулировать специфический для неё принцип относительности? До сих пор этот вопрос не получил окончательного и однозначного решения. Тем не менее, можно отметить несколько существенных моментов в этой связи, которые просматриваются в настоящее время. 1. Эйнштейн выражал надежду, что «разумная общая релятивистская теория поля, воз- можно, могла бы дать ключ к более совершенной квантовой теории». При этом Эйн- штейн связывал поиск такого ключа с необходимостью найти частицеподобные по- левые решения, свободные от сингулярностей. В методологическом плане, если про- должить методику построения фундаментальных физических теорий, основываясь на обобщении принципа относительности, которого, фактически, придерживался и сам Эйнштейн, то здесь можно рассмотреть следующие возможности: либо создавать КМ на основе уже имеющегося общего принципа относительности, либо попытаться еще раз обобщить этот принцип и расширить его на квантовые процессы. Однако мож- но предположить ещё и такую возможность: поскольку гравитация явным образом в КМ не входит, следует исходить из специального принципа относительности, каким-то образом его расширить с учетом квантово-механических явлений, а затем обобщить до ОПО, т.е., фактически, до фундаментального принципа теории квантовой грави- тации. В этой связи становится актуальным вопрос о соотношении этого подхода с дираковской релятивистской квантовой механикой. 2. В 1928г. Дираку удалось осуществить синтез КМ и СТО. В результате появилась новая фундаментальная теория — релятивистская квантовая механика или квантовая тео- рия поля. В этом плане создание этой теории явилось, на наш взгляд, принципиально важным шагом в реализации эйнштейновской программы релятивизации квантовой теории. Однако в этой теории не появилось нового принципа относительности, а содер- жание уже имеющихся существенно не изменилось. О чём может свидетельствовать этот факт? Например, о том, что в новой синтетической фундаментальной теории, построенной на стыке релятивистской и квантовой принцип относительности потерял свою эвристическую силу, или о том, что квантовая теория поля физически не полна, поскольку не включает в себя принцип относительности. Стоит напомнить, что также как и квантовая механика, квантовая теория поля является достаточно эффективной теорией в определённой области исследований, хотя в отношении её концептуальных оснований мнения далеко не однозначны и даже скептичны. 135 3. В 50-х годах прошлого века В.А.Фок сформулировал своеобразный принцип относи- тельности к средствам наблюдения. Согласно этому подходу «под классическим опи- санием можно разуметь описание, безотносительное к средствам наблюдения (если не считать учёта их движения)». «. . . в квантовой физике необходимо учитывать не только механическое движение средств наблюдения, но в какой-то схематизирован- ной форме, и их внутреннее устройство». Проведя сравнение движения и измерения классических и квантовых объектов и процессов, В.А.Фок приходит к выводу о том, что «не только точность в количественном смысле, но и качественная формулиров- ка новых свойств микрообъектов требует новых методов описания и, прежде, всего, необходимо внести в их описание новый элемент относительности — относительность к средствам наблюдения». К сожалению, далее это направление Фоком не было развито. В связи с этим остаются неясными, в частности, следующие вопросы: • Каким образом связаны три классические формулировки ПО и фоковский прин- цип приборной относительности? • Должны ли сохраняться все законы физики (что было характерной чертой трёх галилеевско-эйнштейновских формулировок ПО) по отношению к любым воз- можным средствам наблюдения? • Каким образом связаны в квантовом случае инерциальное и неинерциальное дви- жение (особенности которых были определяющими для трёх предыдущих фор- мулировок ПО) и средства наблюдения? • Если указанные связи отсутствуют, то какое принципиально новое содержание вносит фоковский ПО в семейство физических принципов относительности? • Можно ли построить квантовую механику, основываясь на фоковском принци- пе относительности к средствам наблюдения? Можно ли это сделать хотя бы в принципе? 4. Определённые указания на обоснованность такой постановки вопроса дают, напри- мер, имеющиеся в квантовой физике данные о возможной релятивизации квантовых характеристик. В квантовой теории о протекающем процессе релятивизации кван- тованных величин свидетельствует, в частности, несохранение некоторых квантовых чисел (например, барионного числа), а также вытекающие отсюда предсказания о нестабильности элементарных частиц, считавшихся раннее стабильными и абсолют- но элементарными. В качестве примера последнего можно упомянуть предсказание в квантовой хромодинамике распада протона через 10 лет. 5. Наконец, следует также упомянуть эвереттовскую интерпретацию квантовой механи- ки, которая основана на понятии относительного состояния. В этом подходе считает- ся, что любое квантовое состояние не является абсолютным и может рассматриваться только по отношению к другим состояниям. Например, в известном парадоксе шрё- дингеровского кота относительность состояния самого кота рассматривается по отно- шению к состоянию радиоактивного ядра и наблюдателя. Согласно Эверетту практи- чески все состояния — относительны, и только, возможно, состояние всей Вселенной — абсолютно. Приведённые примеры и некоторые тенденции релятивизации квантовой теории пока- зывают, что эта проблема ещё далека от своего разрешения. Тем не менее, попытки продол- жаются, и исследователи ищут новые варианты. Так, например, были предложены новые 136 подходы к квантовой механике, основанные на геометрическом и реляционном подходах. Но и в рамках этих подходов предстоит ещё многое сделать для выяснения природы их фундаментальных физических оснований. 2.6 Полиинтерпретационная квантовая парадигма. Физическую интерпретацию следует рассматривать как результат или как процедуру при- дания физического смысла определённым экспериментальным данным, теоретическим вы- кладкам, математическому формализму в целом и отдельным математическим выражени- ям, непосредственно ненаблюдаемым объектам, свойствам и явлениям. Что служит критерием верифицируемости интерпретаций в современной физике? В це- лом это те же внешние и внутренние критерии, которые используются для верифицируемо- сти или фальсифицируемости любой научной теории. Для фундаментальных исследований проблема интерпретационной адекватности имеет свою характерную специфику и приобре- тает всё большую остроту. Так, в современной физике выдвигается много нетривиальных, достаточно абстрактных, и на первый взгляд, неестественных трактовок. Такой «неожи- данной» была, к примеру, дираковская идея антиэлектрона (позитрона). Далёкой от ясного физического понимания остается интерпретация, утверждающая о рождении Вселенной из «ничего». Да и само понятие кванта энергии воспринималось первоначально как крайне противоестественное. К сожалению, не существует (по крайней мере, на сегодняшний день) каких-то критериев или алгоритмов, которые могли бы однозначно определить насколько физически реальна та или иная интерпретация. Становится всё более характерной тен- денция, согласно которой верифицируемость интерпретации будет теперь определяться по- степенно, в течение десятилетий и более, пока не появится совокупность подтверждений, которая убедит исследователей в её достаточной адекватности. Дальнейший процесс при- выкания к такой интерпретации, в свою очередь, приведет к представлению о её «естествен- ности». Формализм и интерпретация «логически отделимы, даже если они часто перепутывают- ся практически». Формализм означает систему уравнений и набор правил вычислений для получения предсказаний, которые могут быть сравнены с экспериментом. Но стандартная квантовая механика и, например, бомовская интерпретация КМ используют один и тот же набор правил для предсказания значений наблюдаемых. С точки зрения формализма они практически идентичны. Различия между ними кроются в принципиально разных интер- претациях. Физическая же интерпретация «относится к тому, что теория сообщает нам от- носительно глубинной структуры (underlying structure) явлений (то есть, соответствующее описание наполнения (содержимого) мира — онтологии). Следовательно, один формализм с двумя различными интерпретациями должен рассматриваться как две различные теории». Может ли одна физическая теория иметь несколько математических формализмов, в том числе альтернативных? (считается что ДА). Известны варианты, когда одно физическое содержание может описываться различными математическими средствами, формируя тем самым полиформализм. Уже пример класси- ческой механики показывает, что для одного и того же физического содержания теории существует не один рабочий математический аппарат. В ньютоновской механике (которая, кстати говоря, была сначала сформулирована чисто качественно, без единой формулы) за- коны могут быть сформулированы как в классической ньютоновской форме, так и в форме гамильтониана, вариационного принципа и т.д. Однако собственно физическое концепту- альное содержание теории остается незыблемым. В квантовой механике уже на стадии её становления сразу же проявилась многовариант- ность и конкурентность как математического формализма, так и физического содержания. 137 Исторически, создание её основ было отмечено изначальной конкуренцией двух математи- ческих версий: матричной (Гейзенберг 1925г.) и дифференциальной волновой (Шредингер 1926 г.) Может быть, формализм описывает как раз фундаментальные отношения сосущество- вания физической объектности, а физическое содержание в своей основе является всего лишь феноменологией этих форм сосуществования? При этом физические принципы и ос- нования представляют собой всего лишь «немного» более сложную феноменологию, а вовсе не фундаментальные принципы физического бытия. По-видимому, можно сказать, что интерпретация, собственно, есть чистая физика. Хотя в современной физической теории практически невозможно рассматривать физическое в от- рыве от математической составляющей, в принципе можно, и методологически даже важно выделять и активно исследовать то, что можно назвать качественной физикой. Несколь- ко упрощенно под последней можно понимать то, что останется в теории, если убрать все математические формулы. Главная сложность современной физики, по-видимому, заключается в субстанциирова- нии, в нахождении материальных форм того или иного способа существования физических событий. С другой стороны, если, согласно Дж.Кашингу, интерпретация вскрывает «содержание (наполнение) мира», а формализм описывает его в виде системы уравнений, то, казалось бы, наоборот, было бы логичнее, если бы некоторое содержание могло описываться различными абстрактными, в том числе и математическими, способами. Поскольку формализм основан на точных математических методах, то, естественно предполагать, что именно он и должен быть однозначным. В свою очередь в физическом со- держании теории отражается качественная сторона явлений, что не может быть выражено точными средствами. Физика — это, вообще говоря, наука о приближениях. Связка «формализм — физическая интерпретация» может принимать любую комбина- цию из следующих вариантов: 1. один формализм — одна интерпретация; 2. один формализм — полиинтерпретация; 3. одна физическая интерпретация — полиформализм; или, наконец, 4. полиформализм — полиинтерпретация. Можно предположить, что гносеологически более адекватен последний вариант, однако в этом случае чрезвычайно остро встаёт проблема объективности соответствующей теории в смысле правильности отражения положения дел в реальном мире. Несомненно, что математический формализм является всегда более определённым и более точным по сравнению с его физической интерпретацией. В физической интерпретации всегда остаётся недосказанность и неопределённость практически всех понятий. Например, понятие энергии. Полиинтерпретационная квантовая парадигма Наличие многочисленных интерпретаций в квантовой теории может свидетельствовать о возникновении нового гносеологического качества в данной теоретической области. Будем рассматривать это новое качество как полиинтерпретационную квантовую пара- дигму (ПИКП), как пример и образец возникновения в науке принципиально новой ситуа- ции, характеризующейся появлением в одной из фундаментальных теорий большого коли- чества трактовок, в том числе альтернативных. Она отражает беспрецедентную в истории 138 науки ситуацию гносеологического плюрализма в рамках одной теории и характерна для эпохи неклассической науки. Задача состоит в том, чтобы попытаться понять, что означает само существование такого многообразия трактовок. Во-первых, количество при определенных условиях может перей- ти в новое качество; во-вторых, так пока и не доказана «неизбежность» и «неустранимость» какой-то одной интерпретации; и, в-третьих, тенденции свидетельствуют об увеличении ко- личества интерпретаций КМ. Каково ядро ПИКП как целого? Существуют две проблемы, которые представляют со- бой, по-видимому, основное поле интерпретационных сражений: это — проблема измерения и вопрос о природе волновой функции. Вообще говоря, к двум указанным основным интер- претационным проблемам можно также добавить вопрос о том, в состоянии ли КМ опи- сывать индивидуальную квантовую систему или эта теория имеет строго статистический характер? Кроме того, существует ещё несколько не менее принципиальных квантовомеха- нических проблем, носящих уже более выраженный концептуальный характер. Первая из них предлагает исследователю сделать выбор между детерминистической или принципи- ально акаузальной (индетерминистской) природой микромира. Вторая — между объекти- вистской и субъективистской природой квантовой механики. Особенность ПИКП состоит в том, что большинство трактовок нельзя фальсифициро- вать. Они не поддаются процедуре фальсификации в той степени, чтобы можно было бы гарантировано утверждать о ложности той или другой трактовки. И так, в КМ несколько формализмов (матричный, Шреденгера, спектральный, Фейн- мана) А также, несколько интерпретаций. Они постоянно появляются. Некоторые из них про- тивоположны другим. При этом не существует экспериментов, показывающих, какая из них верна, а какая нет. И это считается нормальным. (Копенгагенская, Бомовская, Эвереттов- ская многомировая, Интерпретация с многими разумами(?), статистическая, релятивист- ская, фейнмановская и тд Подробнее об разных интерпретациях смотри в следующих билетах. 2.7 О гегемонии копенгагенской интерпретации квантовой механи- ки. «ПИКП (кратк)(к лекц)++ doc» — файл присланный Эрикаевым, глава 3. (Скиньте ссылку на файл, если она у вас есть). В условиях революционных изменений в физике начала ХХ столетия особую специ- фику приобрели понятия авторитета и авторитарности. По мнению М.Беллер, решающим ингредиентом при проведении социального анализа для выяснения причины формирования гегемонии копенгагенского направления в квантовой физике является природа авторитета Бора. Вообще говоря, вопрос о природе научного авторитета ученого, его роли во взаимоот- ношениях между исследователями, особенно в разгар формирования одной из фундамен- тальных теорий, его социальное воздействие и психологическое влияние сегодня чрезвы- чайно актуален. Вообще говоря, понятие авторитарности в большей степени свойственно политике, одна- ко, например, М.Беллер в своих исследованиях показывает, что и в науке авторитетность может находиться на грани авторитарности и даже переходить в последнюю, что редко бывает позитивно для самой науки. В частности, стало выясняться, что «неопубликован- ная корреспонденция Бора показала существование довлеющей вины, испытываемой теми физиками, которые отважились бросить вызов Бору. «Многие не могли преодолеть пси- хологический барьер даже до начала критики их Бором». Неоднозначность фигуры Бора 139 подтверждает ещё один факт из биографии Х.Эверетта. По рекомендации своего учите- ля Дж.Уилера Эверетт посетил Копенгаген, где встречался с Бором и рассказывал ему о своей теории. «75-летний патриарх был не склонен вникать ни в какие теории-выскочки и, похоже, так и не дал Э. высказаться — встреча оставила у Э. не просто самые мрач- ные воспоминания, а скорее нежелание вообще её вспоминать». Возможно такое отношение великого Бора также оказало влияние на сложную судьбу Эверетта как физика. Принято считать, что Бор был человеком с мягкими интеллигентными чертами харак- тера. Авторитет Бора был так высок, что многие физики, среди которых были Паули и Йордан, обращались к Бору со словами «Отец». Он стал одним из символов великого ис- следователя. Но означает ли это, что дальше нельзя выяснять истинное положение дел? Что важнее: боязнь повредить авторитету науки, пошатнуть доселе незыблемый имидж одного из гениев науки или поиск истины? Правы ли М.Беллер, Дж.Кашинг и другие, выясняя и придавая огласке острые нюансы биографии кумиров? При условии, что эта информация верна, а также из содержания писем можно сделать два заключения: 1. либо, авторитет Бора граничил с авторитарностью; 2. либо авторитет Бора был настолько высок и он был такой природы, что, несмотря на мягкость характера, он всё равно подавлял людей. Как бы то ни было, но эта появив- шаяся дополнительная информация о некоторых особенностях той революционной в науке и в умах эпохи, подливает масло в огонь того специфического обстоятельства, которое Дж.Кашинг с негативным оттенком назвал «копенгагенской гегемонией». Как пишет М.Беллер, «после 1935 года аргументы Бора были тавтологичными или ло- гически круговыми: текстуальный анализ открывает наличие сети (паутины) терминов, в которой “неделимость кванта действия”, “индивидуальность квантового явления”, “неизуча- емые взаимодействия” (“unsurveyability of interactions”) или “неконтролируемые взаимодей- ствия” имеют одинаковый (тождественный) смысл и взаимозаменяемы» Одну из версий её установления дают Дж.Кашинг и М.Беллер. Мы не будем здесь оста- навливаться на этом вопросе. Отметим лишь, что он существенно повлиял на процесс фор- мирования полиинтерпретационной парадигмы в плане поиска альтернатив «копенгаген- скому диктату». Не только Гейзенберг имел личные амбиции для достижения победы, но и некоторая часть профессуры теоретической физики в Германии раскрылась в этом плане. Существо- вало сознательное понимание членами копенгагенской школы, что на кону был контроль будущего направления развития теоретической физики. Этот конфликт (с научной оппо- зицией — В.Э.) можно было бы охарактеризовать как противостояние в отношении превос- ходства теории и профессионального доминирования (влияния), т.е. в отношении интерпре- тации и тех физиков, которые определяли бы будущее развитие исследований. Победители по собственной боровской характеристике были бы способны реализовать свои «“желания” для будущего физики (“wishes” for the future of physics)». Таким образом, рассмотренные социальные и психологические факторы играют существенную, а иногда и определяющую, причем не всегда позитивную роль в развитии науки. Дж.Кашинг еще более категоричен: «Как раз то, что часто обозначается термином «внешние факторы», сыграло ключевую роль в установлении копенгагенской гегемонии. Так что они внесли вклад в устранение конкурентов из этой сферы деятельности Таким образом, Дж.Кашинг и М.Беллер дают жёсткие оценки влияния внешних (т.е. не чисто научных) факторов на установление «копенгагенской гегемонии». В частности, как отмечает Дж.Кашинг, то, что часто обозначается термином «внешние факторы», сыграло ключевую роль в установлении копенгагеновской гегемонии. 140 Но если влияние внешних факторов было столь велико, то можно ли в связи с этим ставить вопрос о наличии «копенгагенской аномалии» в квантовой теории? Был ли это ложный (и во многом сознательный!) увод физической мысли в сторону чего-то, с одной стороны, личностного, а с другой стороны — сюрреалистического? Насколько «опоздание» Бома «ответственно» за такую ситуацию в фундаментальной науке? Эти вопросы ещё ждут ответов. Таким образом можно сделать вывод о том, что приоритетная роль акаузальности в КМ была генерирована не сугубо внутринаучными факторами. В своём анализе причин доминирования копенгагенской трактовки Дж.Кашинг прихо- дит к выводу, что ни внутренние факторы (такие, как логическая совместимость и эмпи- рическая адекватность), ни одни только внешние причины (метафизические и психологи- ческие требования, социологическое давление) не были достаточными для такого быстрого и триумфального принятия копенгагенской точки зрения на мир, вместо каузальной точ- ки зрения. Действительная причина была комплексной, со многими игравшими важную роль перекрывающимися факторами. Законы развития науки историчны и существенным образом зависят от различных обстоятельств. 2.8 Концептуальные основания копенгагенской интерпретации кван- товой механики. Записи Н.Уткина(там можно найти всякие картинки для экспериментов), «Из Гейзенберга +.doc» Копенгагенская интерпретация квантовой теории начинается с парадокса. Каждый фи- зический эксперимент, безразлично относится ли он к явлениям повседневной жизни или к явлениям атомной физики, должен быть описан в понятиях классической физики. Понятия классической физики образуют язык, с помощью которого мы описываем наши опыты и результаты. Эти понятия мы не можем заменить ничем другим, а применимость их огра- ничена соотношением неопределённостей. Допустим, нас интересует движение электрона в камере Вильсона, и мы посредством некоторого наблюдения определили координаты и скорость электрона. Однако это опре- деление не может быть точным. Оно содержит по меньшей мере неточности, обусловлен- ные соотношением неопределённостей, и, вероятно, кроме того, будет содержать ещё боль- шие неточности, связанные с трудностью эксперимента. Первая группа неточностей дает возможность перевести результат наблюдения в математическую схему квантовой теории. Функция вероятности, описывающая экспериментальную ситуацию в момент измерения, за- писывается с учётом возможных неточностей измерения. Эта функция вероятностей пред- ставляет собой соединение двух различных элементов: с одной стороны — факта, с дру- гой стороны — степени нашего знания факта. Эта функция характеризует фактически достоверное, поскольку приписывает начальной ситуации вероятность, равную единице. Достоверно, что электрон в наблюдаемой точке движется с наблюдаемой скоростью. «На- блюдаемо» здесь означает — наблюдаемо в границах точности эксперимента. Эта функция характеризует степень точности нашего знания, поскольку другой наблюдатель, быть мо- жет, определил бы положение электрона ещё точнее. По крайней мере в некоторой степени экспериментальная ошибка или неточность эксперимента рассматривается не как свойство электронов, а как недостаток в нашем знании об электроне. Этот недостаток знания также выражается с помощью функции вероятности. Специфическая неточность, обусловленная соотношением неопределенностей, в класси- ческой физике отсутствует. Если в квантовой теории из данных наблюдения определена функция вероятности для начального момента, то можно рассчитать на основании зако- нов этой теории функцию вероятности для любого последующего момента времени. Таким 141 образом, заранее можно определить вероятность того, что величина при измерении будет иметь определённое значение. Функция вероятности не описывает само течение событий во времени. Она характе- ризует тенденцию события, возможность события или наше знание о событии. Функция вероятности связывается с действительностью только при выполнении одного существен- ного условия: для выявления определённого свойства системы необходимо произвести новые наблюдения или измерения. Теоретическое истолкование включает в себя три различные стадии. Во-первых, исход- ная экспериментальная ситуация переводится в функцию вероятности. Во-вторых, уста- навливается изменение этой функции с течением времени. В-третьих, делается новое из- мерение, а ожидаемый результат его затем определяется из функции вероятности. Для первой стадии необходимым условием является выполнимость соотношения неопределён- ностей. Вторая стадия не может быть описана в понятиях классической физики; нельзя указать, что происходит с системой между начальным измерением и последующими. Толь- ко третья стадия позволяет перейти от возможного к фактически осуществляющемуся. Далее идёт повтор эксперимента о микроскопе Гейзенберга . Вы можете его пропустить Понятие электронной орбиты в некотором смысле сомнительно. Однако вопреки по- следнему утверждению можно сказать, что всё же, по крайней мере в принципе, можно наблюдать электрон на его орбите. Быть может, мы и увидели бы движение электрона по орбите, если бы могли наблюдать атом в микроскоп с большой разрешающей силой. Однако такую разрешающую силу нельзя получить в микроскопе, применяющем обычный свет, по- скольку для этой цели будет пригоден только микроскоп, использующий γ-лучи, с длиной волны меньшей размеров атома. Такой микроскоп до сих пор не создан, но технические затруднения не должны нас удерживать от обсуждения этого мысленного эксперимента. |