Конечен или нет микромир? Взаимодействие и философские вопросы физики микромира

Конечен или нет микромир? Ответ: бесконечен. Наконец, в связи с открытием Гейзенберга встает еще один вопрос: если это открытие указывает на существование объективного предела предмета исследования, то заканчивается ли на достижении этого предела все наше познание микромира или же мы сможем двигаться и дальше, но какими-то иными путями? Когда точное поведение электрона в пространстве объявляется принципиально ненаблюдаемой величиной, то при этом основываются на том, что мы не в состоянии с любой точностью определить одновременно координаты и скорость электрона; исследуя квантовомеханические явления, мы не можем выйти из рамок квантовой механики, не можем перестать пользоваться оптическими приборами, основанными на действии определенных физических законов, и все наши опыты будут регулироваться соотношением неопределенностей Гейзенберга (поскольку речь идет о положении и скорости частиц).

 

Выше мы пытались гипотетически объяснить это обстоятельство тем, что здесь имеет место «элементарное взаимодействие» частиц. Но можно поставить вопрос так: ведь сам-то электрон до того момента, как мы заставили его взаимодействовать с фотоном, существовал в природе и обладал, дескать, какими-то координатами и скоростью. Из рассуждений агностиков можно сделать заключение, что в микромире существуют некоторые физические величины (положение и скорость не взаимодействующей частицы), которые мы принципиально не можем наблюдать, так как в самый момент нашего наблюдения электрон выводится из того состояния, в котором он находился перед этим. Определить же косвенным путем величину возмущения, которое вызывает у электрона действие на него фотона, мы не можем потому, что не знаем начальных условий как для самих фотонов, так и для отдельных электронов.

 

Подобное рассуждение основывается на молчаливом допущении, что понятия макромира (скорость, координаты) все же в принципе могут быть применены к предметам микромира, но что только взаимодействие между частицами, которое отражено в соотношении неопределенностей, не дает нам возможности обнаружить истинные значения скорости и координат у частицы.

 

Между тем все это обстоит не так и суть дела лежит глубже; она заключается в том, что предметы микромира ведут себя принципиально отлично от обычных тел макромира; это-то их отличное поведение и проявляется, в частности, в виде того «элементарного взаимодействия», которое отражено в гейзенберговском соотношении неопределенностей.

 

Квантовая механика по самому своему смыслу свидетельствует о том, что мы не можем обнаружить одновременно с любой точностью координаты и скорости частиц, но вовсе не потому, что нам что-то мешает это сделать, а только потому, что того, что мы ищем, в природе нет. Поэтому, как только мы от предмета макромира начинаем приближаться к предмету микромира, то мы обнаруживаем, что вместо ожидаемых нами резких границ для места частицы и резких значений для ее скорости получаются «размазанные» границы и значения, причем их «размазанность» находится в полном соответствии с соотношением неопределенностей Гейзенберга. Тем самым мы обнаруживаем проявление той скрытой объективной природы микрочастиц, которой они отличаются от обычных макротел и которая свидетельствует о том, что микрочастицы характеризуются как образования, носящие и корпускулярный и волновой характер.

 

Возникает вопрос: сможем ли мы когда-нибудь узнать эту скрытую, внутреннюю природу частиц микромира или же мы навеки обречены довольствоваться тем, что констатируется соотношением неопределенностей и дальше этой констатации никогда не сможем пойти? Последнее означало бы, что соотношение неопределенностей Гейзенберга в его чисто формальном выражении квалифицируется как абсолютный предел познания микромира.

 

Если бы это было так, то мы никогда бы не смогли принципиально узнать, почему скорость и координаты электрона, безотносительно к тому, сталкивается ли он с фотоном или нет, одновременно не могут быть определены с беспредельной точностью и почему пределом точности их совместного, одновременного определения служит план-ковская универсальная постоянная h. Нам оставалось бы одно: повторять, что так требует принцип неопределенностей Гейзенберга.

 

Но возможно и другое решение поставленного вопроса, причем это решение несравненно более вероятно, так как в его пользу говорит вся предшествующая история развития естествознания. Возможно, что будут открыты новые физические явления, еще более простые и элементарные, чем ныне известные элементарные процессы, и эти новые явления позволят по-новому, с другого конца подойти к определению поведения электрона в пространстве. Сошлемся на один случай из истории науки.

 

Известно, что каждый микроскоп обладает некоторым пределом увеличения или, как говорят, разрешающей способностью. Было бы, разумеется, весьма интересно наблюдать под микроскопом не только невидимые в обычный микроскоп микроорганизмы (так называемые фильтрующиеся вирусы), но и самые молекулы и атомы. Оказывается, этого сделать нельзя, и не потому, что техника не позволяет еще построить соответствующий микроскоп, а потому, что такой микроскоп нельзя построить вообще, что он в принципе не может существовать. Дело в том, что при малой величине частиц, когда их размеры приближаются к длине применяемых световых волн, частицы перестают рассеивать свет и начинают терять свои видимые очертания; если же частица совсем мала, то она вообще остается невидима при любом возможном при данных условиях увеличении. Волны света как бы огибают ее, не изменив своего движения.

 

Если иметь в виду только область видимого для нашего глаза спектра, то взаимодействие световых волн (их интерференция) полагает для нашего познания определенный предел: мы можем увидеть собственными глазами в обычный микроскоп только такие частицы, размеры которых больше определенного размера, зависящего от длины волны света.

 

Другими словами, объективным пределом познания предмета в данном направлении служит предел взаимодействия света с частицей или же взаимодействия световых волн между собой. Вот почему Энгельс в свое время с полным правом писал: «В физике мы имеем дело с движением молекул, в химии — с образованием молекул из атомов, и если интерференция световых волн не вымысел, то у нас нет абсолютно никакой надежды когда-либо увидеть эти интересные вещи собственными глазами» 125.

 

Положение Энгельса остается в силе и в наше время. Увидеть собственными глазами непосредственно молекулы мы не можем, так как наш глаз приспособлен для улавливания световых волн видимой для нас части электромагнитного спектра, т. е. волн лишь строго определенных длин, в свете которых молекулы никогда не станут видны.

 

Но Энгельс считал, что невозможность что-либо непосредственно увидеть не означает невозможности познания этого предмета или процесса. Напротив, он подчеркивал, что вся природа, весь мир принципиально познаваемы до конца. Но, чтобы двигаться все время дальше, человек должен открывать все новые и новые виды взаимодействия, достигать все новых, более глубоких пределов предмета естествознания.

 

Приведенный случай с невозможностью увидеть молекулы в микроскоп говорит лишь о том, что, двигаясь в данном направлении, мы достигли определенного предела изучаемого предмета, т. е. взаимодействия форм движения, исчерпали его в данном направлении и что позади этого предела нет никакого предмета познания, так как кончилось само данное взаимодействие.

 

Но принципиально можно было ожидать, что будут открыты иные волны, с более короткими длинами, чем волны видимого спектра, и в «свете» этих новых волн можно будет обнаружить существование вирусов и даже молекул. Разумеется, это был бы иной тип взаимодействия, а потому наш глаз непосредственно его обнаружить не смог бы, т. е. мы не смогли его прямо видеть; но он мог бы оставить след, скажем, на фотографической пластинке, и этот след мы уже смогли бы увидеть собственными глазами.

 

Как известно, такое именно решение задачи принес в XX в. электронный микроскоп. В основе его лежит взаимодействие между волнами, присущими электрону, и частицами вещества, причем электронные волны имеют значительно меньшую длину по сравнению с волнами обычного света, приближающуюся к размерам крупных молекул.

 

Итак, то, что мы не можем увидеть непосредственно, оставаясь в пределах взаимодействия между обычным светом и частицей, мы смогли «увидеть» окольным путем, опосредованно, перейдя в область взаимодействия между электронными волнами и частицами вещества.

 

Нечто сходное может случиться и с принципом Гейзенберга. Этот принцип утверждает, что мы абсолютно лишены возможности дать одновременно сколь угодно точное определение положения и скорости электрона, но он не объясняет, почему это так. Он ограничивается констатацией этого обстоятельства. С открытием новых форм взаимодействия, более глубоких, чем взаимодействие фотона и электрона, наука, возможно, сумеет окольным путем, опосредованно выяснить, почему принципиально невозможно сколь угодно точное одновременное определение координат и скорости микрочастиц; в этом случае она поступит так же, как она поступила тогда, когда она сделала «видимыми» принципиально невидимые вещи, т. е. раздвинет дальше область познанного мира.

Тогда на место формализма гейзенберговского принципа наука поставит объяснение конкретной физической причины, почему поведение электрона (в смысле координат и скорости) подчиняется именно соотношению неопределенностей Гейзенберга. В этом случае наука сможет выработать новые понятия, применимые в области микромира и соответствующие тем, которые в области макромира выражают пространственно-временные формы и причинные соотношения материальных тел. Но наука не откажется от пространственно-временного и причинного описания явлений микромира, но только это описание она будет давать не в ограниченных и неприменимых тут понятиях места, скорости и механической обусловленности, а в каких-то иных, существенно новых понятиях, выражающих не формальную сторону явлений микромира, а их материальную сущность.

 

Итак, мы видели, что при попытке перенести понятия макромира на микромир возникла коллизия между пространственно-временным и причинным описанием явлений микромира; но объяснялось это вовсе не тем, что оба описания в принципе несовместимы друг с другом, а тем, что обычные понятия макромира, будучи приписаны объектам микромира, оказываются не на своем месте, а потому приходят в столкновение и противоречие между собой. Однако новые понятия не смогут возникнуть ранее, чем накопится новый опытный материал для новых теоретических обобщений. А это может быть достигнуто лишь с дальнейшим проникновением человеческого познания в глубь микромира. Вот почему вопрос о том, что соотношение Гейзенберга не кладет какой-либо принципиальной грани для познания микромира и не обрекает результаты этого познания на вечный формализм,— этот вопрос имеет первостепенное познавательное значение.

 

Неслучайно такой крупный физик-мыслитель, как М. Лауэ, в статье «О соотношении неточностей Гейзенберга и его теоретико-познавательном значении» предостерегал физиков против того, чтобы «делать выводы о существовании принципиально непознаваемого, исходя из блестящего формализма атомной теории и в силу того, что она в данное время сознательно воздерживается от ответа на известные вопросы». Рано или поздно наука разрешит те вопросы, которые остаются сейчас без ответа, иными словами, она преодолеет формализм современной физической теории микромира и представит все соответствующие этому микромиру понятия в новом свете.

 

Но значит ли это, что принцип Гейзенберга будет отменен, что физики научатся с любой точностью одновременно определять скорость и положение частиц, участвующих и не участвующих в «элементарном взаимодействии»? Лауэ отвечает на этот вопрос отрицательно, и мы с ним согласны. «Соотношения неточностей кладут предел — это мое мнение,— говорит он,— любой корпускулярной механике, но отнюдь не любому физическому познанию» 127.

 

Другими словами, точность, с какой принципиально могут быть определены одновременно скорость п координаты частицы, не зависит от степени совершенства нашего познания, способного развиваться безгранично. Значит, она зависит от природы самих предметов микромира, от их собственной двойственности, от их раздвоения на противоречивые моменты — момент прерывности, выраженный в понятии частицы, и момент непрерывности, выраженный в понятии волны.

 

Можно, подобно Ланжевену, объяснять невозможность точного определения места электрона при одновременном столь же точном определении его скорости отсутствием у самого электрона резких границ в силу того, что он обладает не только корпускулярным, но и волновым характером. Поэтому даже если бы мы могли каким-либо иным окольным образом наблюдать электрон, не заставляя его взаимодействовать с фотоном, то все равно беспредельно точных координат и скорости одновременно мы у него не обнаружили бы, ибо эти величины по самому существу, объективно, обнаруживаются у него только как неопределенные (поскольку мы пользуемся понятиями места и скорости, заимствованными из мира обычных макротел). Если бы предполагаемым окольным путем мы смогли вычислить степень неопределенности полученных результатов и выразить их в виде погрешностей Aq и Ар, то их произведение дало бы ту же константу h, как это имеет место при «элементарном взаимодействии» и как это и требуется принципом Гейзенберга. Но в таком случае этот принцип не был бы уже связан только с «элементарным взаимодействием» между частицами (фотоном и электроном), а вытекал бы более органически из самой внутренней природы предметов микромира. И тогда оказалось бы, что в «элементарном взаимодействии» эта природа частиц себя отчасти проявляет, позволяя, таким образом, подводить опытную базу под принцип Гейзенберга, даже тогда, когда сама она остается еще нераскрытой и непознанной в полной мере.

 

Пока еще нельзя сказать, каким образом будет преодолен формализм современпой квантовой механики; но что он должен быть преодолен и будет преодолен — за это говорит вся история человеческого познания. Наше познание движется от явлений к сущности и от сущности менее глубокой к сущности более глубокой. Метод формального описания вновь изучаемых явлений получает особенно широкое распространение на промежуточных стадиях развития науки, когда от менее глубокой ступени познание уже отошло, но на более глубокую ступень полностью еще не ступило.

 

Так было с формальной термодинамикой; так обстоит, на наш взгляд, дело, в сущности, и с современной квантовой механикой. Но на следующей ступени развития науки окажется, что весь этот формализм есть лишь внешняя оболочка, лишь рамка, в которой протекают богатые конкретным содержанием процессы, причем эти процессы нужно и можно выразить в новых содержательных, а не только формально-математических понятиях.

 

Открытия взаимодействий нового типа, которые позволят раскрыть внутренний физический смысл соотношения неопределенностей, позволят, образно говоря, «увидеть» ту материальную, физическую основу, которая обусловливает собой появление такого соотношения, вполне возможны. Такая возможность не исключена уже потому, что вся материя в целом, все ее формы и все типы их взаимодействий и каждая мельчайшая частица материи оказываются неисчерпаемыми по своей природе, по многосторонности своих связей и отношений, по бесконечности того пути, каким наше познание проникает в глубь материи.

 

На рубеже XIX и XX вв. наука только еще переходила от познания атомов к познанию электронов. Атом, считавшийся в XIX в. абсолютно простым и неразложимым, оказался чрезвычайно сложной системой. Некоторые физики XX в. хотели видеть в электронах те самые кирпичи мироздания, которые видели в атомах их предшественники. Тогда можно было бы считать познание микромира исчерпанным.

 

Против таких взглядов решительно возражал Ленин. «Электрон так же неисчерпаем, как и атом, природа бесконечна...» 128,— подчеркивал он в книге «Материализм и эмпириокритицизм». «...Но разум так же бесконечно превращает «вещи в себе» в «вещи для нас»» 129.

 

Опираясь на такой взгляд, не только можно, но и нужно ожидать таких открытий в области микромира, в результате которых будут познаны новые типы взаимодействия между элементарными частицами, равно как и между другими материальными объектами, еще более простыми, нежели элементарные частицы, известные доныне. Двигаясь по этим новым направлениям, человеческая мысль сумеет превратить остающиеся в настоящее время еще не познанными «вещи в себе» в «вещи для нас», не отменяя при этом и того предела, который для нынешних условий устанавливает соотношение неопределенностей Гейзенберга.

 

Подобно тому как электронный микроскоп, позволяя «видеть» молекулы, не только не отменяет законы обычного микроскопа, но наглядно объясняет, почему мы не можем увидеть молекулы своими глазами, так и будущая наука раздвинет область познанного микромира и не только не нарушит при этом тех пределов, которые установлены сейчас для определенного круга явлений, но и объяснит, почему невозможно познание «точного» в механическом смысле поведения электрона, показав, что таковое ему объективно не присуще.

 

Если кто-нибудь возьмется утверждать, что подобное объяснение принципа Гейзенберга вообще невозможно на все будущие времена, то это будет равносильно утверждению, будто абсолютно невозможны новые типы взаимодействия, кроме тех, которые уже познаны в настоящее время. Вряд ли кто-либо из осторожных и вдумчивых ученых решится защищать такой взгляд. Ведь для такого утверждения имеется еще меньше оснований, чем для утверждения во времена Энгельса, будто абсолютная невозможность видеть своими глазами молекулу равнозначна абсолютной невозможности ее познания. Этот последний довод выдвигали, как известно, в свое время махисты и смеялись над понятиями атома и электрона.

 

Современная наука жестоко посмеялась над махистами, открыв электронный микроскоп и еще многое другое. Можно думать, что над современными философами, пытающимися делать агностические выводы из открытия Гейзенберга, так же жестоко посмеется будущая наука.

Итак, в этой главе было рассмотрено соотношение исторического и логического подходов к открытию основного закона физики — закона сохранения и превращения энергии, а также был рассмотрен основной вопрос философии (с двух его сторон) на материале последующей разработки того же закона, названного Энгельсом «великим основным законом движения». Указанные вопросы разбирались нами с философской точки зрения в соответствии с высказываниями самого Энгельса. Относящиеся к названному закону оценки Энгельса касались, во-первых, содержания данного закона и закономерности исторической подготовки его открытия, а во-вторых, философского его значения в смысле укрепления и обоснования материалистического взгляда на природу.

 

Мы не ограничились рассмотрением того положения, которое существовало в физике второй половины XIX в., когда Энгельс создавал свои научные труды, а по возможности проследили позднейшее развитие интересующих нас проблем, происходившее уже после смерти Энгельса и целиком оправдавшее его взгляды на закон сохранения и превращения энергии.

 

С того времени, как было написано и опубликовано то, что изложено в конце этой главы, прошло более 20 лет. За это время произошли крупные изменения в физике и в философской интерпретации ее достижений. С начала 50-х годов нашего века началось крушение субъективистской трактовки квантовой механики, в том числе субъективноидеалистической интерпретации таких ее важнейших принципов, как соотношение неопределенностей и принцип дополнительности. Категорически порвал с субъективноидеалистической концепцией в понимании квантовой механики один из создателей этой науки Луи де Бройль, перешедший на позиции материализма. Незадолго до своей смерти стал отходить от той же субъективистской концепции Бор. Отказался от нее и Гейзенберг, склоняющийся, однако, в известном отношении не к материализму, а к платонизму (объективному идеализму).

 

Так или иначе, но субъективистская интерпретация квантовой механики потерпела полное поражение. Здесь произошло то, что в 1908 г. случилось с энергетикой Оствальда: под напором новых физических и химических открытий Оствальд вынужден был признать реальность атомов и молекул, т. е. реальность частиц материи, против чего он яростно боролся много лет.

 

Теперь история повторилась в новых условиях развития науки в связи с иными проблемами физики. Поражение неомахистской, субъективно-идеалистической школы, пытавшейся навязать физике свою философскую интерпретацию квантовой механики, означало несомненно крупную победу материализма, как это было и в случае поражения оствальдовской энергетики. Почти четверть века упорно старались представители современного «физического» идеализма монопольно диктовать физике свою интерпретацию квантовой механики и не смогли дать ничего конструктивно полезного. Наоборот. Они явно заводили ее в теоретико-познавательный тупик. С крушением субъективистской интерпретации квантовой механики гносеологически расчистился путь для развития современной микрофизики, пролагающей новые пути в непознанные еще области микромира.

 

В свете сказанного, как нам кажется, не утратили интерес и наши рассуждения о взаимодействии, в том числе и об «элементарном взаимодействии», строящиеся на исходных идеях Энгельса и дающие возможность с иной стороны, чем это принято обычно делать, подойти к некоторым философским вопросам, касающимся физики микромира.

Категория: Философия | Добавил: fantast (22.01.2019)
Просмотров: 107 | Рейтинг: 0.0/0