О некоторых философских предпосылках определения физического смысла волновой функции

 

В. С. Готт, \А. Ф. Перетурин\

 

Вопрос о физическом смысле понятий физики и обозначающих их математических символов имеет два взаимосвязанных аспекта: онтологический и гносеологический.

 

Первый аспект этого вопроса — это вопрос о наличии у этих понятий каких-то аналогов в природе, отражением которых они являются.

Второй же аспект данного вопроса заключается в выяснении той роли, которую данные понятия физики играют в структуре и развитии физической теории и в ее отношении к эксперименту.

 

История физики показывает, что во многих случаях необходимым предварительным условием для разумного ответа на вопрос о природном аналоге у того или иного понятия физики является выяснение его роли и значения в структуре и развитии данной физической теории.

 

Подтверждением сказанного служит неудача попыток, 'предпринятых Э. Шредингером, де Бройлем, Маделунгом и др., на заре развития квантовой механики, без предварительного гносеологического анализа выяснить онтологический смысл, т. е. найти природный аналог, у такого физического понятия, как волновая функция.

 

О значении гносеологического аспекта анализа физического смысла волновой функции

 

Существо анализа гносеологического аспекта смысла физических понятий состоит прежде всего в установлении их необходимых связей с другими понятиями физики, а также и философии. Только лишь таким путем можно определить роль этих понятий в структуре и развитии данной физической теории. Анализ гносеологического аспекта смысла волновой функции, введенной в квантовую механику Э. Шредингером в 1926 г., был начат Н. Бором и М. Борном. Названные ученые открыли существующую связь между понятиями волновой функции и вероятности, причем М. Борн отчетливо высказал и идею о вероятностном характере квантовомеханического закона движения микрочастиц, описываемого уравнением Э. Шредингера.

 

Таким образом, именно М. Борн заложил основы вероятностной трактовки физического смысла волновой функции. Согласно этой трактовке она описывает вероятности нахождения микрочастиц в различных их состояниях, как пространственно-временных, так и импульсно-энергетических, а также и вероятности перехода микрочастиц из одних состояний в другие.

По мнению М. Борна, понятие волновой функции менее общее, чем понятие амплитуды вероятности. Вероятность нахождения микрочастиц в каких-то состояниях представляет собой не нечто неизменное, а процесс, испытывающий колебания в пределах самых различных интервалов. Величину этих интервалов можно рассматривать как амплитуду вероятности. Одним из выражений амплитуды вероятности и является волновая функция в квантовой механике [1, стр. 29].

 

Более всесторонний анализ гносеологического аспекта смысла волновой фукции в дальнейшем дали Н. Бор и ряд его учеников.

 

Н. Бор связал понятие волновой функции с принципом неопределенности Гейзенберга, корпускулярно-волновым дуализмом в свойствах микрочастиц и с относительностью свойств микрочастиц к средствам их наблюдения.

 

На основе этих связей Н. Бором было установлено, что вероятностный смысл волновой функции и ее место в структуре квантовой механики можно определить только на основе следующих положений, характеризующих гносеологические основы квантовой механики К

 

Во-первых, непосредственными объектами изучения в квантовой -механике служат не микрочастицы сами по себе, а микрочастицы в их взаимодействии с нашими приборами, т. е. системы типа «микрообъект — прибор». Отсюда и следует, что свойства микрообъектов являются относительными к нашим средствам наблюдения, а само наблюдение должно рассматриваться и со своей физической стороны, поскольку оно осуществляется при помощи определенных физических процессов, происходящих в наших приборах. Так, одним из очень важных средств наблюдения являются различные виды фотографирования, а они, бесспорно, относятся к физическим процессам. Вообще здесь нужно сказать, что наблюдение объектов микромира происходит только в процессе нашего (при помощи приборов) воздействия на них, как-то меняющего их состояние, что также свидетельствует о физическом характере наблюдений явлений микромира 2.

 

Во-вторых, в зависимости от характера физических процессов, в которых участвуют микрообъекты, т. е. от тех взаимодействий, в которые они вступают, в том числе и в наших приборах, у них проявляются или корпускулярные, или волновые свойства.

 

Так, если для изучения микрочастиц используется физический процесс ионизации, как, например, в камере Вильсона, то данные эксперимента свидетельствуют об их (частиц) корпускулярных свойствах. Если же для изучения микрочастиц используется их рассеяние от решетки кристаллов, то в эксперименте обнаруживаются их (частиц) волновые свойства. Проявление микрочастицами в определенных взаимодействиях или волновых, или корпускулярных свойств зависит не только от их взаимодействий, но и от их собственных параметров. Чем больше, например, импульс частицы, тем явственнее выступают ее корпускулярные свойства, и, наоборот, чем меньше ее импульс, тем ярче выступают ее волновые свойства.

 

Очевидно, что и волны, в силу известных соотношений между корпускулярными и волновыми параметрами

 

(v=-^,A,=-j^-), могут в определенных взаимодействиях

 

проявлять свойства, близкие к корпускулярным. Так, например, очень короткие электромагнитные волны (рентгеновские лучи) имеют много общего с потоком электронов (частиц). Из сказанного следует, что микрочастицы и микроволны (волны с очень высокой частотой) во многих отношениях тождественны друг другу (симметричны) и различие между ними возникает и проявляется лишь в соответствующих процессах и в определенных взаимодействиях.

 

Тождественность корпускулярных и волновых движений, в определенных отношениях и на определенном уровне существующая у микрообъектов, означает, что последние обладают корпускулярными и волновыми свойствами только, по терминологии В. А. Фока, в форме потенциальных возможностей.

 

Переход же этих возможностей в действительность осуществляется как в зависимости от тех взаимодействий, в которых участвуют микрообъекты, так и в зависимости от их собственных параметров.

 

Общим законом превращения одной из нескольких возможностей в действительность является исключение других возможностей. Так, в отношениях порядка между величинами (а) и (b) существует три возможности: а = Ь, а>6 и а<Ь, и если в действительность перешла первая возможность, то две другие уничтожаются.

 

Осуществление возможности проявления корпускулярных свойств ликвидирует возможность проявления волновых свойств, и наоборот. Наличие тождества, слияния волновых и корпускулярных свойств микрообъектов в форме возможности (симметрия этих свойств) и их взаимоисключение в процессе перехода из формы возможности в форму действительности (асимметрия этих свойств) объединено Н. Бором в сформулированном им принципе дополнительности3.

 

Односторонне раздувая в системе микрообъект — прибор роль прибора, Н. Бор пришел и к односторонней трактовке открытого им принципа, как постулата о необходимости применения при изучении микромира приборов двух типов:       пространственно-временных и импульсно-энергетических,— показания которых взаимно дополняют друг друга.

Очевидно, что хотя в этой трактовке имеется доля истины, она все же затушевывает глубокое содержание принципа дополнительности, заключающееся во взаимосвязи симметрии и асимметрии волновых и корпускулярных свойств микрообъектов.

 

В-третьих, существенной особенностью познания микромира является все более нарастающая необходимость в последовательном ограничении лапласовского детерминизма, а тем самым ц методов мышления классической физики. Как известно, глубокой критике лапласов ский детерминизм был подвергнут еще Ф. Энгельсом во второй половине XIX века. Но во времена Ф. Энгельса лапласовская форма детерминизма, имея глубокие корни в основных принципах классической физики, конечно, не могла быть преодолена, ибо она в основном подтверждалась классической физикой, хотя и в последней были уже тенденции к ее ограничению. Но все же критика лапласовского детерминизма Ф. Энгельсом имеет огромное методологическое значение и для нашего времени. Поэтому не лишне напомнить основные положения эн-гельсовской критики лапласовского детерминизма.

 

Ф. Энгельс ограниченность лапласовского детерминизма видел прежде всего в том, что в этой форме детерминизма признается проявление необходимости только через неизбежность и отрицается ее проявление через случайность и 'возможность. Отсюда — узость и ограниченность, (присущие этой форме детерминизма.

 

Лапласовский, или, как говорил Ф. Энгельс, механистический, детерминизм опирается на отрицание объективного существования случайности, для него объективная реальность существует только в сфере необходимости. Отсюда и его несовместимость с признанием объективного существования статистических закономерностей. В лапласовском детерминизме, отмечал Энгельс, необходимость, в итоге, превращается в предопределенность, в какой-то рок, т. е. становится в противоречие с научным познанием явлений природы и их практическим использованием.

 

Ограниченность лапласовской формы детерминизма, отмеченная Ф. Энгельсом, ярко проявилась в свете открытий квантовой механики, а позднее и кибернетики. Квантовая механика дала всесторонние основания для преодоления лапласовской формы детерминизма в физике и углубления ее философской критики. В свете открытий квантовой механики стало ясным, что такое требование лапласовского детерминизма, как требование однозначной определенности последующих состояний частиц их предыдущими состояниями, в микромире не выполняется. На материале квантовой механики стала ясной необоснованность и такого требования лапласовского детерминизма, когда рассматривают любую неопределенность в параметрах явлений микромира как результат неточности наших знаний, наших измерений.

Квантовая механика открыла существование объективной неопределенности в явлениях микромира, которую ни при какой точности измерений устранить нельзя4.

 

Признание существования объективной неопределенности в явлениях микромира непосредственно связано с признанием проявления необходимости не только через неизбежность, но и через случайность и возможность. Со времени появления квантовой механики в природе стали систематически изучаться не только действительные и необходимые состояния ее явлений, но и их случайные и возможные состояния, а также и взаимные переходы первых во вторые и обратно. Также стали изучаться не только определенности явлений природы, но и их неопределенности, причем не в их изолированности, а в их взаимных переходах.

 

Объективная диалектика природы значительно глубже обнаружена квантовой механикой и основанными на ней отраслями новой физики (квантовая электродинамика, физика элементарных частиц, квантовая физика твердых тел и т. д.), чем классической физикой. Отсюда и огромное значение квантовой механики не только для развития физики, но и для развития философии диалектического материализма. Таковы основные особенности нашего познания микромира, без учета которых нельзя правильно определить философские позиции при ответе на вопрос о физическом смысле волновой функции.

Об основных направлениях в определении физического смысла волновой функции

 

Все известные интерпретации физического смысла волновой функции можно отнести к двум основным направлениям: онтологическому и гносеологическому.

Сторонники первого направления стремятся, в первую очередь, указать на природный аналог волновой функции, понимая под ним или особые материальные образования (волновой пакет Шредингера), или особые виды взаимодействия (взаимодействие частиц с особым волновым полем — Д. Бом).

 

Не давая характеристики всем видам таких попыток определить природный аналог волновой функции [4, стр. 453—463; 5, стр. 29—39], коротко отметим только следующее. Во-первых, общей основой этих попыток является недооценка как особенности микромира, так и особенностей его познания, а также стремление в той или иной форме истолковать понятия квантовой механики в духе классической физики, в частности с позиций лапласовского детерминизма. Во-вторых, бесспорно положительным во взглядах сторонников данного направления является их убежденность, которую разделяют большинство физиков, в том, что волновая функция имеет объективное содержание, т. е. отражает какую-то физическую реальность, а также и то, что они резко выступают против всех попыток индетерминистски истолковать квантовую механику. Так что во взглядах сторонников первого направления имеются и отрицательные, и положительные стороны.

 

Что же касается сторонников второго направления (гносеологического), то нужно отметить, что их взгляды весьма разнородные. Среди них встречаются и такие, которые начисто отрицают объективное содержание в понятии волновой функции и рассматривают это понятие просто как математический символ, а волны де Бройля— как «волны нашего знания». Но среди них имеются и приверженцы взглядов, основанных на позициях диалектического материализма, направленных против попыток дать индетерминистское и субъективистское истолкование квантовой механики (Д. М. Блохинцев, В. А. Фок, А. Д. Александров).

 

У сторонников гносеологического подхода к определению волновой функции имеется то общее, что все они признают борновскую трактовку волновой функции (как выражение амплитуды вероятностей) и ее статистическую или вероятностную сущность. А это значит, что бор-новская интерпретация волновой функции может быть интерпретирована с самых различных позиций. Види мо, все дело в том, как отметил А. Д. Александров, что вкладывать в понимание существа физических величин, их измерения и вероятности [6].

 

Очевидно, что сторонники диалектического материализма, раскрывая гносеологический аспект вопроса о смысле волновой функции, в силу его переплетения с онтологическим аспектом и признания объективного содержания в понятии волновой функции, приходят и к некоторым выводам об ее природном аналоге.

 

В плане нашей темы большой интерес представляет сравнение взглядов на волновую функцию Д. И. Бло-хинщева и В. А. Фока, так как каждый из них с одинаковых философских, но различных физических позиций отмечает важные стороны в физическом смысле волновой функции.

 

Прежде всего отметим то общее, что имеется в их взглядах на волновую функцию. Как Д. И. Блохинцев, так и В. А. Фок признают объективное содержание в понятии волновой функции и резко отмежевываются от ее идеалистических интерпретаций. При анализе смысла и значения волновой функции они опираются на особенности микромира и его познания, причем одинаково считают, что предметом квантовой механики являются системы: микрочастица — приборы. Отсюда, правда, различными путями, они приходят к одинаковому по существу выводу о том, что свойства микрообъектов являются относительными к средствам наблюдения, понимая под последними те взаимодействия, которые используются в наших приборах.

 

Различие же между взглядами Д. И. Блохинцева й В. А. Фока на существо волновой функции следующее.

 

Д. И. Блохинцев в качестве исходного понятия для характеристики волновой функции рассматривает понятие о квантовомеханических ансамблях, представляющих собой объективные совокупности состояний как многих частиц, так и одной частицы.

 

Поскольку состояния как одной частицы, так и многих частиц не могут быть установлены в единичном акте измерения (единичном опыте), постольку необходимо иметь дело с наборами измерений, которые также представляют собой квантовомеханические ансамбли. Таким образом, квантовые ансамбли существуют в двух формах: в форме объективной реальности, как совокуп ности состояний частиц или частицы, и в форме сражения этой реальности в нашем познании, как набор измерений этих состояний.

 

В понятии квантовомеханических ансамблей Д. И. Блохинцеву, на наш взгляд, удалось правильно решить вопрос о сочетании объективных и субъективных моментов в квантовой механике на основе марксистсколенинской теории отражения. Субъективные моменты, т. е. моменты, связанные с деятельностью наблюдателя, в понятиях квантовой механики представляют собой не что иное, как отражение объективных состояний микрообъектов в их принадлежности к квантовомеханическим ансамблям.

 

Основываясь на понятии о квантовомеханических ансамблях, Д. И. Блохинцев состояние микрочастиц определяет как их принадлежность к тому или иному ансамблю, т. е. отдельное рассматривает только лишь в той связи, которая ведет к общему. Отсюда волновую функцию он определяет как статистическое описание состояний частиц в их принадлежности к квантовомеханическим ансамблям. Но в каждом отдельном всегда существует общее, поэтому в каждом состоянии частицы выражается и ее принадлежность к какому-то ансамблю, объективной характеристикой которого также является волновая функция [7, стр. 45, 54].

 

С точки зрения Д. И. Блохинцева, главное в волновой функции заключается в том, что она выражает не индивидуальные свойства состояний частицы, а общие свойства ее состояний, через принадлежность состояний частицы к какому-то квантовомеханическому ансамблю [8, стр. 64].

 

Данное положение Д. И. Блохинцева тесно связано с учетом такой объективной особенности микромира, как стирание в нем индивидуальных различий между его объектами, в частности тождественность одинаковых частиц. В его трактовке волновая функция глубоко связана с принципом тождественности одинаковых частиц.

 

Теперь перейдем к характеристике взглядов на волновую функцию В. А. Фока. В качестве исходного понятия для определения волновой функции он принимает понятие об объективно существующих потенциальных возможностях взаимодействия микрочастиц с условиями их существования — средой, в том числе и с приборами.

Причем, по его мнению, в квантовой физике между микрообъектами и приборами нельзя провести резкой грани, так же как нельзя провести резкую грань между организмом и его средой в биологии [9, стр. 234].

 

По существу это то же положение, что и положение Д. И. Блохинцева о неотделимости частицы от ее макроскопической обстановки, «диктующей ей условия движения» [8, стр. 64].

 

Далее, В. А. Фок вероятности изменения микрочастиц рассматривает как отражение объективных потенциальных возможностей, взаимодействия частиц с приборами и, таким образом признает в вероятностях объективное содержание. Волновая функция, по мнению В. А. Фока, это не статистическое понятие, как у Д. И. Блохинцева, а вероятностное понятие, отражающее потенциальные возможности взаимодействия микрообъектов с приборами [10, стр. 58, 65].

 

В связи с данным определением волновой функции естественно возникает вопрос, что же нужно понимать под потенциальными возможностями? Насколько нам известно, В. А. Фок ограничивается тем, что подчеркивает их объективное существование в природе как основы вероятностного характера всех процессов микромира.

 

Полностью соглашаясь с этим положением, нам представляется необходимым добавить следующее.

 

В природе имеются возможности двоякого рода: во-первых, возможности, уже существующие в данных состояниях микрообъектов и при данных условиях, и, во-вторых, возможности, возникающие при изменении данных состояний и условий. Видимо, под потенциальными возможностями В. А. Фок понимает именно эти становящиеся возможности, которые возникают и исчезают в процессах изменения состояний объектов и условий их существования. Признавая существование потенциальных возможностей, необходимо также признать историчность и множественность5 объективных возможностей, их вытеснение друг другом, а тем самым и существование объективной неопределенности при переходах возможностей в действительность. Это означает, что установление уже существующих возможностей в данном состоянии микрообъекта еще не дает оснований для однозначной характеристики его последующих состояний, даже в пределах установленных возможностей, так как в процессе изменения данного состояния возникнут какие-то новые возможности и исчезнут какие-то имевшиеся возможности. Отсюда следует, что в процессе взаимодействия частицы с прибором может происходить не только реализация уже имеющихся в ее состоянии до этого взаимодействия возможностей, но и возникновение новых возможностей и именно их переход в новое действительное состояние частицы.

 

Как Д. И. Блохинцев, так и В. А. Фок, на наш взгляд, раскрыли весьма важные различные стороны смысла и значения волновой функции и наметили правильный путь к определению ее объективного аналога в природе, через раскрытие ее связей с другими понятиями и принципами квантовой механики. Для того чтобы определить природный аналог волновой функции, именно необходимы дальнейшие исследования ее связей с основными понятиями и принципами квантовой механики: в первую очередь с особенностями законов сохранения в микромире, с принципом квантовой суперпозиции, с принципом единства симметрии и асимметрии, принципом Паули, с постоянной Планка и т. д. Но для обоснованного ответа на вопрос о природном аналоге волновой функции необходим и философский анализ, в особенности следующих вопросов: о существе диалектического понимания детерминизма, об основах вероятностной характеристики законов микромира, о соотношении возможности, случайности, необходимости и действительности и ряда Других.

 

Ответы на данные вопросы необходимо связаны с дальнейшим развитием категорий диалектического материализма. В этом деле большая роль принадлежит тем выводам, к которым пришла квантовая механика в отношении особенностей нашего познания микромира и особенностей его закономерностей. Но до сих пор еще недостаточно осознано, что квантовая механика закладывает основы «нового физического мировоззрения» [12, стр. 402] и тем самым дает огромный материал для философских обобщений, в частности и в плане развития категорий диалектического материализма.

Что дает квантовая механика для развития категорий диалектического материализма?

 

Для ответа на поставленные выше вопросы о сущности диалектического детерминизма, о вероятностной характеристике законов микромира и о соотношении возможности, случайности, необходимости и действительности целесообразно, обобщая некоторые весьма важные выводы квантовой механики, ввести в понятийный аппарат диалектического материализма такие категории, как неопределенность и определенность, отображающие особые формы существования явлений мира.

 

Как уже отмечалось выше, квантовая механика изучает не только определенности явлений микромира, но их неопределенности, обладающие, как и первые, объективным существованием. Открытие в области квантовых процессов объективной неопределенности явлений природы обусловило острое противоречие между фактическим материалом квантовой механики и лапласовской формой детерминизма.

 

Наличие этого противоречия вполне понятно, так как в лапласовской форме детерминизма признается только определенность параметров, характеризующих явления природы, и целиком отрицается их неопределенность.

 

Наука потому наука, провозглашает лапласовский детерминизм, что она всюду и везде изгоняет неопределенность и имеет дело только с определенностью. Именно с позиции лапласовского детерминизма имели и имеют место попытки изгнать неопределенности из квантовой механики. Действительный глубокий смысл таких интерпретаций квантовой механики, как интерпретации Бома, Яноши и др., заключается именно в том, чтобы построить квантовую механику без каких-либо неопределенностей, на базе лапласовского детерминизма. Эти попытки свидетельствуют о большой устойчивости в нашем сознании лапласовского детерминизма. В чем же причины устойчивого влияния лапласовского детерминизма на строй научного мышления?

 

Во-первых, в том, что лапласовский детерминизм представляет собой не сплошное заблуждение, а относительную истину, применимую в порядке первого приближения в довольно широких областях мира.

Во-вторых, причиной устойчивого влияния лапласовского детерминизма является недостаточно широкое и глубокое философское обобщение открытий квантовой механики, что привело к тому, что лапласовскому пониманию детерминизма не было широко противопоставлено более глубокое, основанное на фактическом материале современной науки, диалектико-материалистическое понимание детерминизма. В отличие от лапласовского детерминизма, который признает лишь определенности явлений мира, диалектический детерминизм опирается на диалектику соотношения определенности и неопределенности в процессах взаимодействия и превращений явлений мира.

 

В целях большей ясности изложения коротко напомним некоторые положения квантовой механики, из которых вытекает наличие в природе объективной неопределенности в явлениях микромира.

 

С объективной неопределенностью в процессах микромира физика столкнулась еще в боровской модели атома, в связи с ее постулатом, устанавливающим следующее соотношение между энергетическими уровнями электрона в атоме и частотой его излучения или погло-

щения электромагнитных волн:

где Е2 и

Е1—энергетические уровни, h — постоянная Планка, v — частота излученного или поглощенного света.

 

Как видно из данного соотношения, частота излучения электрона зависит не только от того уровня, с которого он переходит, но и от того уровня, на который он переходит. Перейти же электрон может с данного уровня на ряд возможных уровней, так что налицо оказывается явная неопределенность.

 

Неопределенность здесь связана с наличием нескольких возможностей для перехода электрона с одних энергетических уровней на другие. Таким образом, мы здесь имеем дело не с достоверностью перехода электрона именно на данный уровень, а с некоторой вероятностью именно этого перехода. Очевидно, что неопределенность здесь выражается через возможности и вероятности.

 

Вообще нужно отметить, что там, где существует множество возможностей, а они возникают и исчезают, там имеет место и объективная неопределенность. В истории физики известны попытки истолковать неопреде ленности, имеющие место в атомных переходах электронов с одних уровней на другие, как наличие у электронов «свободы воли», т. е. как полную недетерминированность их поведения.

 

Признание «свободы воли» у электронов есть прямое следствие ограниченности лапласовского детерминизма, отрицающего существование объективной неопределенности, являющейся основой вероятностного характера законов микромира.

 

Наличие объективной неопределенности в явлениях микромира глубоко и непосредственно выражается принципом неопределенности Гейзенберга. Этот принцип отражает объективную неопределенность, существующую между пространственно-временными и импульсно-энергетическими состояниями микрочастиц в их зависимости друг от друга, которая состоит в том, что определенность одних состояний порождает неопределенность других состояний. Частным случаем этой зависимости является то обстоятельство, что такая определенность пространственно-временного состояния микрочастиц, как наличие у частиц определенных координат, возможна лишь при существовании неопределенности в их импульсах.

 

Принцип неопределенности Гейзенберга показывает, что определенность и неопределенность явлений микромира нельзя рассматривать изолированно друг от друга, а только в их взаимной связи и в их взаимных переходах.

 

Эта сторона содержания данного принципа является одной из основ диалектического понимания детерминизма в явлениях мира. Еще более глубоким выражением диалектики определенности и неопределенности в явлениях микромира является присущий им корпускулярноволновой дуализм. Как уже говорилось выше, корпускулярные и волновые свойства частиц в их потенциально возможных состояниях сливаются друг с другом, так что частицы в отношении этих свойств полностью неопределенны — определенность частицы относительно этих свойств возникает при переходе имеющихся у них возможностей в действительность. Из сказанного понятно, что такой принцип квантовой механики, как принцип относительности к средствам наблюдения (понимаемый в вышеуказанном смысле), основывается на объективных процессах перехода возможностей в действительность и объективной неопределенности явлений микромира — в их определенность.

 

Объективная неопределенность явлений микромира выражается и в принципе квантовой суперпозиции. В квантовой механике, в отличие от классической физики, происходит наложение не только действительных состояний на действительные же состояния, но и возможных состояний на возможные и действительные состояния. А вместе с возможностями и их множеством в квантовую суперпозицию входит и неопределенность. В квантовой механике допускается, что частица может находиться частично в одном возможном состоянии, а ча* стично в другом возможном состоянии.

 

Так, например, фотон можно представлять находящимся частично в состоянии поляризации, параллельной оптической оси кристалла, а частично в состоянии поляризации, перпендикулярной к той же оси. Какое же из этих состояний фотона станет действительным состоянием, объективно является неопределенным до перехода одного из них из состояния возможности в состояние действительности.

 

«В классическом смысле,— пишет П. Дирак,— нельзя представить себе, что система находится частично в одном состоянии, а частично в другом состоянии и что эквивалентно тому, что система находится в некотором третьем состоянии. Здесь .вводится совершенно новая идея» [13, стр. 29].

 

Этой новой идеей и является признание объективной неопределенности в процессах микромира.

 

Неопределенность в квантовую механику 'вводится и посредством корреляционных связей, имеющих в ней большое значение.

 

Корреляционными связями, как известно, называют статистическую или вероятностную зависимость событий или величин друг от друга, не имеющую «строго функционального характера.

 

Корреляционная зависимость двух величин возникает тогда, когда одна из них зависит не только от второй «величины, но также от ряда изменяющихся условий. Примером корреляционной зависимости может служить зависимость интенсивности полярных сияний от интенсивности солнечного корпускулярного излучения, так как между первой и второй интенсивностью' нет строгой функциональной зависимости, поскольку первая зависит и от таких изменяющихся условий, как состояние ионосферы и т. д.

 

Но не является ли введение понятия об объективной неопределенности чем-то чуждым содержанию других категорий материалистической диалектики? Отрицательный ответ на этот вопрос будет ясен из нижеследующего.

 

Признание существования объективных неопределенностей содержится уже в диалектическом понимании движения как нахождения движущегося тела и «здесь», и «не здесь». Движение по самой своей сущности есть явная неопределенность, и сущность движения выражается известной диалектической формулой «и да, и нет». Эта формула выражает общей формой существование объективной неопределенности в явлениях.

 

Кстати говоря, одна из ограниченностей формальной логики состоит именно в том, что она имеет дело только с определенностью и отвлекается от неопределенности. Отсюда и формула формальной логики «или да, или нет».

 

Очень ярко проявляется объективная неопределенность в существе случайных явлений, что было отмечено еще Ф. Энгельсом. Одно из распространенных определений случайных явлений, а они объективно существуют, гласит: случайное явление — это явление, которое может быть, а может и не быть. Очевидно, что это определение случайных явлений основано на признании объективной неопределенности явлений мира.

 

Признание существования объективной неопределенности вытекает из признания принципа всеобщей связи и зависимости явлений мира. Поскольку эти связи бесконечны и к тому же то возникают, то исчезают,— в любом свойстве явлений, обусловленном этими связями, существует неустранимая объективная неопределенность, что и проявляется ib неизбежных неточностях при их измерении.

 

Неточности в наших измерениях имеют своим источником не только несовершенство наших приборов, но и объективную неопределенность, присущую явлениям мира. А это значит, что неточности измерения должны органически входить в научную теорию, как один из моментов правильного отражения ею объективной действительности. Можно показать, что все категории материа листической диалектики так или иначе включают в себя неопределенность в том или ином ее выражении. Поэтому включение понятия о неопределенности в систему понятий материалистической диалектики диктуется не только тем, что это понятие органически вошло в понятийный аппарат -современной науки (квантовая физика, кибернетика), но и потребностью в уточнении и развитии системы понятий диалектического материализма.

 

Однако главное состоит не в том, чтобы ввести в систему понятий материалистической диалектики категории определенности и неопределенности, а в том, чтобы выяснить связь между ними. А для этого необходимо, хотя бы в предварительном виде, дать характеристику этим категориям.

 

Неопределенность как одну из форм объективного существования явлений мира можно охарактеризовать при помощи следующих признаков: это, во-первых, отсутствие резких граней между свойствами и состояниями явлений природы, например между протонами и нейтронами в ядрах атомов; во-вторых, это преобладание зависимости свойств, состояний явлений друг от друга над их относительной Независимостью.

 

В-третьих, это проявление необходимости не как неизбежности, а как возможности и случайности, например в радиоактивном распаде атомов.

 

Определенность — это форма объективного -существования явлений мира, обладающая следующими признаками. Это, во-первых, наличие резко выраженных граней между -состояниями явлений природы, например резкое отличие между протонами и нейтронами в электромагнитных взаимодействиях или в их свободных состояниях. Во-вторых, это относительная независимость свойств, состояний явлений друг от друга. Например, независимость массы от скорости при небольших величинах последней.

 

В-третьих, это выражение необходимости через неизбежность, однозначность переходов возможности в действительность и существование невозможности каких-то состояний. Здесь же отметим, что существование объективной невозможности каких-то состояний, переходов, преобразований является одним из главных признаков, характеризующих определенность явлений природы.

 

Между неопределенностью и определенностью явлений мира существует глубокая взаимосвязь и взаимообусловленность. Определенность явлений природы существует только на основе их неопределенности, возникает из нее и является ее стороной. Неопределенность же — это определенность в ее становлении.

 

Долгое время явления природы изучались лишь со стороны их определенности, присущая же им неопределенность оставалась в тени, и о ней шла речь только в связи с неточностями наших измерений и подсчетом вероятности случайных явлений.

 

Неопределенность явлений природы стала объектом научного познания со времени возникновения квантовой механики. Причем для квантовой физики особое значение имеет изучение процессов становления неопределенности в определенность и обратно: например, переходы частиц и полей из виртуальных (неопределенных) состояний в действительные (определенные) состояния; или переходы неопределенных, бестраекторных состояний движения частиц в определенные траекторные состояния их движения.      .

 

Наличие определенности в неопределенности, как ее стороны, ярко проявляется в многообразных превращениях элементарных частиц. Причем определенности в этих превращениях выступают в присущих им законах сохранения. Законы же сохранения выражают наличие в этих превращениях ряда физических невозможностей, обусловливающих становление определенности в превращениях элементарных частиц.

 

Более общим положением, характеризующим возникновение определенностей из неопределенностей, является превращение возможностей в действительность.

 

Изучение переходов возможностей в действительность — одна из важнейших сторон квантовой механики. Частным примером перехода возможности в действительность является редукция «волновых пакетов», которую Д. И. Блохинцев справедливо считает объективным физическим процессом, в отличие, например, от В. Гейзенберга, рассматривающего ее как переход возможно сти в действительность, путем скачка, в процессе наблюдения.

 

Вообще В. Гейзенберг считает, что «переход от возможности к действительности -совершается в процессе наблюдения» [14, стр. 34]. С точки зрения В. Гейзенберга, неопределенность, присущая (возможным состояниям, переходит в определенность действительных состояний лишь в процессе наблюдения, т. е. благодаря вмешательству познающего субъекта.

 

Возможность и действительность, по его мнению, существуют в самой природе, а переход возможности в действительность — только в нашем познании. «Функция вероятностей,— пишет он,— объединяет объективные и субъективные элементы», причем к объективным элементам относятся возможность и действительность, а к субъективным — переход возможности в действительность7 [14, стр. 32].

 

Редукция «волнового пакета», на наш взгляд, как объективный физический процесс, получает простую интерпретацию на основе закона сохранения вероятности, принадлежащего к наиболее общим физическим законам сохранения. Этот закон лежит в основе принципа унитарности. Его существо заключается в том, что он устанавливает, что сумма вероятностей осуществления всех возможных событий равняется единице; единице же равна и вероятность достоверного, т. е. фактически осуществившегося, события.

 

Теперь представим, что вероятности попадания движущегося электрона в какую-то точку на фотопластинке, после прохождения им какого-то отверстия из многих имеющихся на промежуточном экране, равны между собой и налицо, следовательно, полная неопределенность. Но после того как электрон попал в какую-то точку на фотопластинке, т. е. реализовалась одна какая-то возможность, вероятности всех других возможностей стали равными нулю, а вероятность осуществившегося события стала равной единице, сумма же всех вероятностей осталась равной единице. В предлагаемом аспекте редукция «волнового пакета» отображает объективный процесс перехода одной из нескольких возможностей в действительность, одной из нескольких вероятностей в достоверность.

 

Большой интерес представляет (выяснение связи волновой функции как характеристики состояний с такой характеристикой состояний, как энергия. Основой этой связи часто считают известное сопоставление волновых свойств движения с такими его параметрами, как энергия, импульс, действие. Энергии, как известно, сопоставляется частота волны, а импульсу — длина волны. Это сопоставление принадлежит к числу фундаментальных положений квантовой механики, и оно же послужило одной из основ для трактовки волн вероятности как волн такого же типа, как, например, электромагнитные волны. Несостоятельность такой трактовки давно уже обнаружена, но остается неясным вопрос: имеет ли сопоставление частоты и энергии всеобщее значение, или же оно ограниченно? Известно также, что для того, чтобы спасти всеобщность сопоставления энергии и частоты, т. е. соотношения E = hvy волны вероятности стали интерпретировать как /волны нашего знания, т. е. отрицать их объективное существование. Но в решении этого вопроса есть и другая возможность: (признать объективное существование волн вероятности и ограничить общность сопоставления частоты и энергии. При выборе этой последней возможности, очевидно, нельзя связывать с каждой (волной перенос энергии и массы и рассматривать волну любого типа как поток энергии. Видимо, необходимо более общее определение волны, как функции от некоторых параметров, выражающей общие структурные черты волн любого типа.

 

Сравнение волновой функции с энергией лучше, на наш взгляд, провести на основе более общей связи энергии с возможностью и вероятностью. Связь энергии, как меры превращаемости форм движения материи, и вероятности, как меры превращения возможности в действительность, основывается прежде всего на том обстоятельстве, что любой процесс превращения включает в себя реализацию одних возможностей и уничтожение других возможностей. Возможности, как отмечалось уже выше, имеют исторический характер, они возникают и исчезают, поэтому любое превращение имеет вероятностную сторону. Вероятность входит в содержание любо го процесса превращения. Кинетическая энергия, как известно, может превратиться в тепловую, электрическую, потенциальную и другие виды энергии. Причем возхможности этих превращений непрестанно меняются, меняются и условия их превращения в действительность. Поэтому переход одних видов энергии именно в данные ее виды, а не вообще, совершается с какой-то вероятностью, а не с полной достоверностью. Конкретным превращениям энергии, следовательно, свойственна объективная неопределенность. Объективная неопределенность свойственна и значениям энергии, что ярко проявляется в виртуальных состояниях элементарных частиц. Итак, между энергией и возможностью и вероятностью существует глубокая объективная связь.

 

Но связь энергии и вероятности осуществляется и опосредованным образом, в частности через энтропию. Связь между энергией и энтропией, по мнению М. Планка, имеет очень глубокий характер, а поэтому, поскольку энтропия связана с вероятностью, с вероятностью связана и энергия. Такой, например, вид энергии, как свободная энергия, «может быть понят по существу только в зависимости от вероятности» [16, стр. ИЗ].

 

Итак, энергия и вероятность глубоко между собой связаны, и нет ничего удивительного в том, что вероятности состояний определяются энергией, а значения энергии — вероятностью состояний. Отсюда и связь волновой функции с энергией; колебания волновой функции не несут энергию, но зависят от энергии, в свою очередь волновая функция выражает общие волновые свойства в процессах передачи и превращения энергии и их вероятностную сторону. Нам представляется, что изучение связей волновой функции с энергией, импульсом, моментом импульса и другими параметрами физических взаимодействий во многом бы помогло более глубокому определению онтологического аспекта физического смысла волновой функции.

 

Однако нельзя забывать и о такой общей философской основе раскрытия смысла волновой функции, как ее связь с категориями неопределенности и определенности.

 

В самом общем виде волновую функцию можно представить как характеристику объективных переходов микрочастиц из обладающих неопределенностью возможных состояний в имеющие определенность действительные состояния, и наоборот.

 

Это определение волновой функции подчеркивает и то весьма важное обстоятельство, что волновая функция ни в коем 'случае не может быть правильно интерпретирована на основе лапласовской формы детерминизма, а только на основе диалектико-материалистического понимания детерминизма, развитие которого в свою очередь невозможно без философского обобщения выводов квантовой механики.

 

Поэтому анализ философских предпосылок раскрытия физического смысла волновой функции имеет большое значение и в плане углубления диалектико-материалистической трактовки детерминизма явлений природы.

Категория: Философия | Добавил: fantast (22.09.2019)
Просмотров: 25 | Рейтинг: 0.0/0