И. Г. АБРАМСОН

 

ДИАЛЕКТИКА РАЗВИТИЯ ФИЗИЧЕСКОЙ КАРТИНЫ МИРА В ХХ ВЕКЕ

 

“Учение Маркса всесильно, потому что оно, верно, - говорил Ленин о философии диалектического материализма, исследующего общие закономерности развития природы, общества и человеческого сознания. Философское осмысление природных явлений, достижений естественных наук, особо важно потому, что законы материалистической диалектики предстают здесь, так сказать, в чистом виде, будучи наименее подвержены непосредственному влиянию партийно-политических страстей. Но осознанные и освоенные в естественнонаучной сфере, законы диалектики становятся оружием в экономической и политической борьбе. Этим и объясняется столь пристальный интерес классиков марксизма к проблемам естествознания. Вспомним хотя бы такие фундаментальные труды, как “Диалектика природы” Ф.Энгельса и “Материализм и эмпириокритицизм” В. Ленина.

Физическая картина мира претерпела в ХХ веке три революционных изменения.

Первая великая революция в физике обязана открытию Беккерелем и супругами Кюри радиоактивности, взорвавшему представление о неделимости атома, и созданию Эйнштейном теории относительности, взорвавшей представление об абсолютности времени и пространства. Оказалось, что масштаб времени, размеры и масса элементов движущейся материи при скоростях, сравнимых со скоростью света в вакууме, суть функции этих скоростей, что геометрия пространства в нашей Вселенной зависит от распределения масс.

Уже в ходе того революционного переворота, насыщенного многими другими великими открытиями, эксперименты Герца, Столетова, Ленарда по фотоэффекту и работа Эйнштейна по квантовой теории света выявили поразительный факт, что в свойствах света каким-то загадочным образом комбинируются корпускулярные и волновые проявления.

И физика, получившая в результате первой революции бурное развитие в первой четверти ХХ века, устремилась в таинства микромира. Теоретическое обобщение огромного экспериментального материала привело к созданию Бором, де Бройлем, Гейзенбергом, Шредингером, Дираком квантовой механики, доказавшей ограниченность применения к микромиру, миру “элементарных частиц” классических моделей и взорвавшей укоренившееся представление об абсолютности лапласовского, однозначного детерминизма. Это - новая революция в естествознании. Хотелось бы уделить ей здесь основное внимание.

Законы движения электрона и других объектов микромира, открытые квантовой механикой, качественно отличны от законов движения макрообъектов, установленных классической, ньютоновой механикой и обобщившей её на область сверхвысоких скоростей теорией относительности. В макромире волна - это только волна, частица, корпускула - это только корпускула. Движется корпускула по траектории, имея в каждый данный момент определённые координаты и скорость или импульс. Объекты же микромира дуалистичны по природе. И отсюда - утрата ими классических траекторий, т.е. непрерывного чередования точных местоположений и импульсов. Но движение происходит во времени и пространстве и поэтому, хотя для микромира неприменимы понятия координаты и скорости в классическом смысле, какое-то ограниченное применение они все же должны были найти. Дело в том, что язык физики создавался на базе классических представлений. И это ограниченное применение квантовая механика нашла. Оно выражено знаменитым соотношением неопределённостей Гейзенберга , где Dx- величина неопределенности в координате, Dp - величина неопределенности в импульса, h - постоянная Планка, так называемый квант действия, т.е. наименьшая возможная величина физического действия (произведения энергии на время) в природе, равная 6,62•10²⁷ эрг_•с.

Чем точнее определяется или проявляет себя во взаимодействии местоположение объекта микромира, тем менее точно фиксируется его импульс. В макроявлениях это соотношение не сказывается, потому что при наблюдении каких-либо свойств объектов  крупных (по сравнению с атомными) размеров не сказывается материальность самого акта наблюдения. Например, освещение движущегося тела для определения его положения или импульса практически никак не влияет на движение тела. Измерение же какого-либо одного параметра, характеризующего состояние объекта атомного масштаба, резко изменяет само это состояние и делает неопределённым в этот момент другой, сопряжённый параметр. Так, мысленно можно себе представить измерение координаты электрона, если направить на него фотон. Это измерение будет тем более точным, чем более короткой будет длина волны данного кванта электромагнитного излучения, т.е. чем более высокоэнергичным и, следовательно, более массивным будет фотон. Но встреча с таким массивным, гораздо массивнее электрона, фотоном приведёт к резкому изменению скорости электрона. Таким образом, искажающее влияние измерения, связанное с энергетическими затратами измеряемого объекта на ответный сигнал, не существенное для макрообъектов, является существенным для микрообъектов из-за их малости.

Нужно при этом помнить, что и в соотношении неопределённостей отражается коренное свойство материи - её корпускулярно-волновой дуализм, проявляющийся в микроявлениях.

Хорошо сказал о соотношении, или принципе неопределённостей выдающийся советский физик-теоретик лауреат Нобелевской премии Л.Д.Ландау: “Этот принцип противоречит всему тому, во что мы привыкли верить на основании своих ощущений, к чему мы привыкли с раннего детства. Мы привыкли к большим масштабам - атома же никто из нас не видел своими глазами. Поэтому мы не можем ощутить своим внутренним чутьём, как происходит движение в атоме, и тем не менее изучить это движение научными методами оказывается возможным. Открытие принципа неопределённости показало, что человек в процессе познания природы может оторваться от своего воображения, он может открыть и осознать даже то, что ему не под силу представить. В этом величайшая заслуга принципа неопределённости” (1).

Соотношение неопределённостей утверждает по сути вот что: природа закономерна, но не точна. Это принципиальное углубление диалектического познания материи

Закономерность отражается волновым уравнением Шрёдингера. Оно выявляет вероятность поведения микрообъекта. Зная начальные условия, можно вычислить вероятность того или иного состояния объекта в заданный момент времени. Микрообъект как бы движется в “волновом пакете”. В нём заключены различные возможности взаимодействия микрообъекта с прибором, различные возможности проявления тех или иных свойств микрообъекта. Случаем управляет закон распределения вероятностей.

Надо сказать, что ряд материалистически настроенных физиков: Д. Бом, Ж. Вижье и др. - пытался квантовую статистичность объяснить на основе классических представлений, прибегнув к введению так называемых “скрытых параметров”. По развиваемой ими теории уровней существует субуровень непрерывно и однозначно детерминированного движения, который приводит к законам квантовой механики как к приближению, верному на атомном уровне.

В. А. Фок показал, что эти попытки являются метафизической реакцией на позитивистское истолкование квантовой механики и физически несостоятельны. Философская их несостоятельность помимо В. А. Фока, также убедительно показана М. Э. Омельяновским в написанной им 7 главе коллективного труда “Проблема причинности в современной физике”. Здесь, после произведённого анализа сделаны, в частности, следующие утверждения: ”…в теории уровней, на наш взгляд, отсутствует идея объективной возможности, и в этом отношении она не отличается от концепции механического детерминизма”, “теория уровней Бома решает вопрос о природе вероятностей в квантовой механике в духе идей классической физики, что противоречит содержанию квантовой теории”(2).

И хотя попытки упомянутой группы физиков поддерживались некоторыми советскими физиками, например, Я. П. Терлецким, хотя к ним примкнул выдающийся японский физик-теоретик Х. Юкава, хотя Д. Бом, Ж. Вижье, Я. П. Терлецкий придерживаются философии диалектического материализма, развиваемая ими “теория уровней” фактически направлена на возрождение лапласовских концепций и тем самым недиалектична.

Несостоятельность попыток возродить классические представления для объяснения квантовой статистичности подтверждается критерием практики. Здесь уместно упомянуть об одном очень тонко поставленном опыте. В 1949 г. советские физики Л. Биберман, Н. Сушкин и В. Фабрикант осуществили чередующиеся падения электронов на фотопластинку, при этом промежуток времени между очередными падениями в 30000 раз превышал время пролёта электронов от источника до пластинки. Волновая же дифракционная картина ничем не отличалась от картины, получаемой при практически одновременном падении электронов. Что же произошло? Каждый электрон встретился с пластинкой как частица. Но каждый электрон оказался случайно в той или иной точке пластинки, превратив в действительность одну из возможностей, имеющихся у него как волны. И оказалось, что максимумы волновой картины как раз и являются наиболее вероятными местами встречи электронов с пластинкой.

По классическому детерминизму повторение одного и того же опыта в одинаковых физических условиях всегда должно давать одинаковый результат. Таким образом, здесь терпит крах классическая однозначная причинность. Но не причинность вообще. Углубляется содержание принципа причинности, возникает новая, более глубокая, вероятностная квантово-механическая причинность. Следует ещё раз подчеркнуть, что вероятностные закономерности квантовой физики не тождественны вероятностным законам классической физики, например, термодинамики. В классической физике вероятности вводились тогда, когда условия задачи были не полностью известны и по неизвестным параметрам производилось усреднение. При этом в принципе считалось возможным любое доуточнение условий. В физике же микромира вероятности необходимы по существу и отражают не неполноту условий, а объективно существующие при данных условиях потенциальные возможности взаимодействия микрообъекта с другими телами.

Но этого долго не мог понять даже такой титан, как Альберт Эйнштейн - герой первой революции в физике, сделавший столь много и для утверждения квантовых представлений. Поэтому имеет смысл остановиться хотя бы на одном из тех парадоксов, которые, как казалось Эйнштейну в его многолетних дискуссиях с Бором, разрушают квантово-механическую форму причинности и, вообще, доказывают, по его мнению, неполноту квантовой механики.

Так, Эйнштейн ещё в 1927 г. обратил внимание на редукцию, стягивание волнового пакета. Волновая функция, характеризующая потенциальные возможности проявления тех или иных свойств микрообъекта в опыте, даёт распределение вероятностей результатов этого опыта. Но коль скоро опыт произведён, из всех потенциальных возможностей осуществилась, превратилась в действительность одна. Значит, волновой пакет мгновенно стянулся в одну точку. А как же быть с существованием предельной скорости действия - скорости света?

Но всё становится на свои места, если вспомнить, что в данном случае речь идёт не о распространении действий, а об изменении постановки вопроса о вероятностях. “Изменение постановки вопроса о вероятностях и состоит в учёте осуществившегося результата, т.е. в учёте новых данных. А новым данным соответствует и новая волновая функция” (3).

Д. Данин хорошо пишет относительно дискуссии Альберта Эйнштейна с Нильсом Бором: “квантовая механика выстояла против самой мощной атаки, какой вообще могла подвергнуться в ХХ веке любая физическая теория: против атаки современного Ньютона. Очевидно, на стороне квантовой механики была природа” (4).

Итак, вторая физическая революция открыла более глубокую, вероятностную форму причинности. Одновременно новое содержание получили связанные между собой диалектические категории возможности и действительности, необходимости и случайности.

Но если вероятностная причинность действует в движении физической материи, то тем более она действует в более высоких формах движения - тех, что служат объектами изучения политической экономии, психологии, социологии.

Представляет интерес выявить общее и особенное в историко-философском смысле этих двух революций в физике.

Общее состоит в резком обострении в ходе обеих революций борьбы двух лагерей в философии, причём оба раза схватка начиналась с атак идеализма, в необычно активном интересе церковников к науке в революционные периоды: “Мы вам отдаём науку, господа естествоиспытатели, отдайте нам гносеологию, философию, - таково условие сожительства теологов и профессоров в “передовых” капиталистических странах” (5). Общая черта обеих революций состоит также в идеалистических колебаниях многих крупнейших учёных, причины которых кроются в гносеологии - с одной стороны, принятие теоретической физикой математической формы: "Материя исчезает, остаются одни уравнения” (6), с другой стороны, “принцип релятивизма, относительности нашего знания, принцип, который с особенной силой навязывается физикам в период крутой ломки старых теорий и который - при незнании диалектики - неминуемо ведёт к идеализму” (7). Наконец, общее заключается в том, что материализм вышел ещё более окрепшим из обеих философских битв, выдержав оба “кризиса” физики. Не только естествознание, но и диалектический материализм обогатился в результате обеих революций, в точности по Ф.Энгельсу: "С каждым составляющим эпоху открытием даже в естественноисторической области материализм неизбежно должен изменить свою форму” (8).

Особенное состоит в том, во-первых, что если в связи с “релятивистской” революцией философская борьба развернулась непосредственно вокруг основного вопроса философии, то вторая, “квантовомеханическая” революция вызвала острейшую борьбу вокруг проблем причинности, уже через неё перекидываясь на основной вопрос философии, и, во-вторых, что если в годы первой революции в физике среди учёных-естественников практически не было материалистов-диалектиков, то в философской битве, вызванной второй революцией, на стороне диалектического материализма находился крупный отряд больших учёных, прекрасно осознавших генеральный ход развития физических представлений: корпускулярный мир Ньютона и отрицающий его волновой мир Гюйгенса синтезируются в квантовомеханический мир корпускулярно-волнового дуализма. Это генеральное развитие ярко иллюстрирует положение К. Маркса из “Нищеты философии”: “В чём состоит движение чистого разума? В том, что он полагает себя, противополагает себя самому себе и сочетается с самим собой, в том, что он формулирует себя как тезис, антитезис и синтез, или ещё в том, что он себя утверждает, себя отрицает и отрицает своё отрицание” (9). Следует отметить, что революционно-эволюционное развитие науки подчиняется так называемому принципу соответствия: старая теория не отбрасывается, а становится частным случаем новой, более общей теории в определённых граничных условиях. Принцип соответствия представляет собой своеобразную форму диалектического закона отрицания отрицания.

Обе эти революции начала века, в корне изменив физическую картину мира, дали мощный толчок развитию производительных сил, научно-техническому прогрессу, открыли путь к новым источникам энергии, обусловили процесс перехода от индустриальной к постиндустриальной цивилизации.

В свою очередь столь мощное развитие производительных сил обострило до предельной точки противоречия между ними и производственными отношениями капитализма в его монополистической стадии, что привело к величайшему взрыву, произошедшему в 1917 г. в России и распространившемуся затем на огромные пространства планеты. Пошёл отсчёт времени зигзагообразной, с взлётами и откатами: победами и поражениями, коммунистической революции.

Третья революция, которую следовало бы назвать естественнонаучной, т.к. она охватила не только и не столько физику, а значительно более широкие области, произошла вскоре после окончания второй мировой войны. Она связана с именами Н. Винера и К. Шеннона - родоначальников кибернетики и теории информации, И. Пригожина и У. Эшби - создателей термодинамики неравновесных и теории самоорганизации сложных систем, Дж. Уотсона и Ф. Крика, открывших в молекуле ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты) первооснову генетической памяти.

Выяснилось, что собственно процессы управления, механизмы хранения и переработки информации, как и роль прямых и обратных связей, имеют общий характер для отдельных организмов, целых биосистем и любых других целостных систем, для микро- и макросоциумов. Найдены условия стационарности, устойчивости неравновесных систем, общие закономерности самоорганизации сложных систем. Вскрыт единый для живой материи механизм передачи наследственной информации.

Особенность этой третьей революции в философском смысле заключается в демонстрации единства и взаимосвязанности неорганического и органического миров, универсальности многих закономерностей развития природы и человеческого общества.

Эта революция обусловила мощное развитие электроники, коммуникационных систем, информационных технологий, что в свою очередь привело к завершению перехода передовых в технологическом отношении стран в стадию информационного общества - последнюю, по-видимому, как показал А. Бузгалин (10), стадию “беременности” капитализма коммунизмом. Проблема – в высокообразованном коллективном акушере, чтобы предстоящие роды прошли наименее болезненно.

 

Примечания:

1 Ландау. Л. Д. Теория квант от Макса Планка до наших дней// “Макс Планк”. - М.: Изд. АН СССР, 1958, с.102.

2. Омельяновский М. Э. и др. Проблема причинности в современной физике. - М.: Изд. АН СССР,1960, с.413,415.

3. Фок В. А. Об интерпретации квантовой механики //”Философские вопросы современной физики”. - М.: Изд. АН СССР,1959, с.173-174.

4. Данин Д. Неизбежность странного мира. - М.: “Молодая гвардия”, 1962, с.321.

5. Ленин В. И. Полн. собр. соч., т. 18, с. 297.

6. Там же, с. 326.

7. Там же, с. 327.

8. Маркс К. и Энгельс Ф. Сочинения, т. 21, с. 238.

9. Там же, т. 4, с. 131.

10. Бузгалин А. В. Будущее коммунизма. - М.: ”Олма-пресс”, 1996.