Indique el principio de complementariedad cuando se aplique. El principio de complementariedad, sus manifestaciones y esencia
El principio de complementariedad es un postulado metodológico, que fue formulado originalmente por el gran físico y filósofo danés Niels Bohr en relación con el campo. El principio de complementariedad de Bohr, muy probablemente, surgió solo debido al hecho de que incluso antes, el El físico alemán Kurt Gödel propuso su conclusión y la formulación del famoso teorema sobre las propiedades de los sistemas deductivos, que pertenece al campo de Niels Bohr, extendió las conclusiones lógicas de Gödel a la mecánica cuántica y formuló el principio aproximadamente como sigue: Para conocer adecuadamente el tema del micromundo, se debe investigar en sistemas que se excluyen mutuamente, es decir, en algunos sistemas adicionales. Esta definición pasó a la historia como el principio de complementariedad en la mecánica cuántica.
Un ejemplo de tal solución a los problemas del micromundo fue la consideración de la luz en el contexto de dos teorías: ondulatoria y corpuscular, que condujo a un resultado científico asombroso en términos de eficiencia, que reveló al hombre la naturaleza física de luz.
Niels Bohr en su comprensión de la conclusión a la que llegó fue aún más allá. Hace un intento de interpretar el principio de complementariedad a través del prisma del conocimiento filosófico, y es aquí donde este principio adquiere significado científico universal. Ahora bien, la formulación del principio sonaba así: para reproducir un fenómeno con el objetivo de su conocimiento en un sistema de signos (simbólico), es necesario recurrir a conceptos y categorías adicionales. Hablando más lenguaje simple, el principio de complementariedad presupone en la cognición no sólo posible, sino en algunos casos necesaria, la utilización de varios sistemas metodológicos que permitan adquirir datos objetivos sobre el objeto de investigación. El principio de complementariedad, en este sentido, se ha mostrado como un hecho de concordancia con el carácter metafórico de los sistemas lógicos de la metodología -pueden manifestarse de una forma u otra. Así, con el advenimiento y la comprensión de este principio, de hecho, se reconoció que la lógica sola no era suficiente para la cognición y, por lo tanto, la conducta ilógica en el proceso de investigación se reconoció como aceptable. En última instancia, la aplicación del principio de Bohr contribuyó a un cambio significativo
Más tarde, Yu. M. Lotman amplió importancia metodológica El principio de Bohr y transfirió sus regularidades a la esfera de la cultura, en particular, aplicado a la descripción Lotman formuló la llamada "paradoja de la cantidad de información", cuya esencia es que la existencia humana se desarrolla principalmente en condiciones de insuficiencia de información. . Y a medida que avanza el desarrollo, esta insuficiencia aumentará todo el tiempo. Usando el principio de complementariedad, es posible compensar la falta de información transfiriéndola a otro sistema semiótico (de signos). Esta técnica condujo, de hecho, a la aparición de la informática y la cibernética, y luego de Internet. Más tarde, el funcionamiento del principio fue confirmado por la aptitud fisiológica. cerebro humano a este tipo de pensamiento, esto se debe a la asimetría de la actividad de sus hemisferios.
Otra disposición, que está mediada por la operación del principio de Bohr, es el hecho del descubrimiento por parte del físico alemán Werner Heisenberg, la ley de la relación de incertidumbre. Su acción se puede definir como el reconocimiento de la imposibilidad de la misma descripción de dos objetos con la misma precisión si estos objetos pertenecen a sistemas diferentes. La analogía filosófica de esta conclusión se dio en el trabajo "Sobre la confiabilidad", afirmó que para afirmar la certeza de algo, uno debe dudar de algo.
Así, el principio de Bohr ha adquirido una enorme importancia metodológica en varios campos.
El principio fundamental de la mecánica cuántica, junto con la relación de incertidumbre, es el principio de complementariedad, al que N. Bohr dio la siguiente formulación:
"Los conceptos de partícula y onda se complementan y al mismo tiempo se contradicen, son cuadros complementarios de lo que está pasando".
Las contradicciones de las propiedades de ondas corpusculares de los microobjetos son el resultado de la interacción incontrolada de microobjetos y macrodispositivos. Hay dos clases de dispositivos: en algunos objetos cuánticos se comportan como ondas, en otros se comportan como partículas. En los experimentos, no observamos la realidad como tal, sino solo un fenómeno cuántico, incluido el resultado de la interacción de un dispositivo con un microobjeto. M. Born señaló en sentido figurado que las ondas y las partículas son "proyecciones" de la realidad física sobre la situación experimental.
En primer lugar, la idea de dualidad onda-partícula significa que cualquier objeto material que tenga dualidad onda-partícula tiene una capa de energía. Existe una capa de energía similar en la Tierra, así como en los humanos, que a menudo se denomina capullo de energía. Esta capa de energía puede desempeñar el papel de una capa sensorial que protege un objeto material del entorno externo y constituye su "esfera gravitatoria" exterior. Esta esfera puede desempeñar el papel de una membrana en las células de los organismos vivos. Pasa al interior solo señales "filtradas", con el nivel de perturbaciones que excede un cierto valor límite. Señales similares que han superado un cierto umbral de sensibilidad de la carcasa, también pueden pasar en la dirección opuesta.
En segundo lugar, la presencia de una capa de energía en los objetos materiales lleva a un nuevo nivel de comprensión la hipótesis del físico francés L. de Broglie sobre la naturaleza verdaderamente universal de la dualidad onda-partícula.
En tercer lugar, debido a la evolución de la estructura de la materia, la naturaleza del dualismo de ondas corpusculares de un electrón puede ser un reflejo del dualismo de ondas corpusculares de los fotones. Esto quiere decir que el fotón, al ser una partícula neutra, tiene estructura de mesón y es el microátomo más elemental, a partir del cual, a imagen y semejanza, se construyen todos los objetos materiales del Universo. Además, esta construcción se lleva a cabo de acuerdo con las mismas reglas.
En cuarto lugar, el dualismo de ondas corpusculares permite explicar naturalmente el fenómeno de la memoria génica (Gene memory) de partículas, átomos, moléculas, organismos vivos, lo que permite comprender los mecanismos de dicha memoria, cuando una partícula sin estructura recuerda todas sus creaciones. en el Pasado y tiene "inteligencia" para seleccionar procesos de síntesis, con el fin de formar nuevas "partículas", con propiedades seleccionadas.
El principio de incertidumbre es una ley física que establece que es imposible medir con precisión las coordenadas y el momento de un objeto microscópico al mismo tiempo, porque el proceso de medición perturba el equilibrio del sistema. El producto de estas dos incertidumbres siempre es mayor que la constante de Planck. Este principio fue formulado por primera vez por Werner Heisenberg.
Del principio de incertidumbre se sigue que cuanto más precisamente se determina una de las cantidades incluidas en la desigualdad, menos cierto es el valor de la otra. Ningún experimento puede conducir a una medición precisa simultánea de tales variables dinámicas; Al mismo tiempo, la incertidumbre en las medidas no está relacionada con la imperfección de la técnica experimental, sino con las propiedades objetivas de la materia.
El principio de incertidumbre, descubierto en 1927 por el físico alemán W. Heisenberg, fue un paso importante para dilucidar los patrones de los fenómenos intraatómicos y construir la mecánica cuántica. Una característica esencial de los objetos microscópicos es su naturaleza de ondas corpusculares. El estado de una partícula está completamente determinado por la función de onda (un valor que describe completamente el estado de un microobjeto (electrón, protón, átomo, molécula) y, en general, de cualquier sistema cuántico). Una partícula se puede encontrar en cualquier punto del espacio donde la función de onda no sea cero. Por tanto, los resultados de los experimentos para determinar, por ejemplo, coordenadas son de carácter probabilístico.
Ejemplo: el movimiento de un electrón es la propagación de su propia onda. Si disparas un haz de electrones a través de un agujero angosto en la pared: un haz angosto lo atravesará. Pero si haces este agujero aún más pequeño, de modo que su diámetro sea igual a la longitud de onda de un electrón, entonces el haz de electrones divergirá en todas las direcciones. Y esto no es una desviación causada por los átomos más cercanos de la pared, que se puede eliminar: esto se debe a la naturaleza ondulatoria del electrón. Trate de predecir lo que sucederá a continuación con un electrón que atraviesa la pared, y no tendrá poder. Sabe exactamente dónde cruza la pared, pero no puede decir cuánto impulso transversal adquirirá. Por el contrario, para determinar con precisión que el electrón aparecerá con tal o cual cierto momento en la dirección original, debe agrandar el agujero para que la onda del electrón pase en línea recta, solo divergiendo ligeramente en todas las direcciones debido a la difracción. Pero entonces es imposible decir exactamente dónde pasó exactamente la partícula de electrones a través de la pared: el agujero es ancho. Cuanto se gana en la precisión de determinar el momento, tanto se pierde en la precisión con que se conoce su posición.
Este es el Principio de Incertidumbre de Heisenberg. Desempeñó un papel extremadamente importante en la construcción de un aparato matemático para describir las ondas de partículas en los átomos. Su interpretación estricta en los experimentos con electrones es que, al igual que las ondas de luz, los electrones resisten cualquier intento de realizar mediciones con la máxima precisión. Este principio también cambia la imagen del átomo de Bohr. Es posible determinar exactamente el momento de un electrón (y, por tanto, su nivel de energía) en cualquiera de sus órbitas, pero en este caso su ubicación será absolutamente desconocida: no se puede decir nada sobre dónde se encuentra. A partir de esto, está claro que no tiene sentido dibujar una órbita clara de un electrón y marcarla en forma de círculo. A finales del siglo XIX en. muchos científicos creían que el desarrollo de la física se completó por las siguientes razones:
Hace más de 200 años que existen las leyes de la mecánica, la teoría de la gravitación universal
desarrolló una teoría cinética molecular
Se ha sentado una base sólida para la termodinámica.
Completó la teoría del electromagnetismo de Maxwell.
Se han descubierto las leyes fundamentales de conservación (energía, momento, momento angular, masa y carga eléctrica)
A finales del siglo XIX - principios del siglo XX. descubierto por V. Roentgen - rayos X (rayos X), A. Becquerel - el fenómeno de la radiactividad, J. Thomson - electrón. Sin embargo, la física clásica no pudo explicar estos fenómenos.
A. La teoría de la relatividad de Einstein requería una revisión radical del concepto de espacio y tiempo. Experimentos especiales confirmaron la validez de la hipótesis de J. Maxwell sobre la naturaleza electromagnética de la luz. Podría suponerse que la radiación de ondas electromagnéticas por cuerpos calentados se debe al movimiento oscilatorio de los electrones. Pero esta suposición tuvo que ser confirmada comparando datos teóricos y experimentales.
Para una consideración teórica de las leyes de la radiación, utilizamos el modelo de un cuerpo absolutamente negro, es decir, un cuerpo que absorbe completamente las ondas electromagnéticas de cualquier longitud y, en consecuencia, emite todas las longitudes de onda de las ondas electromagnéticas.
Un ejemplo de un cuerpo absolutamente negro en términos de emisividad puede ser el Sol, en términos de absorción: una cavidad con paredes de espejo con un pequeño orificio.
Los físicos austriacos I. Stefan y L. Boltzmann establecieron experimentalmente que la energía total E radiada por 1 con un cuerpo completamente negro desde una unidad de superficie es proporcional a la cuarta potencia de la temperatura absoluta T:
donde s = 5.67.10-8 J/(m2.K-s) es la constante de Stefan-Boltzmann.
Esta ley se denominó ley de Stefan-Boltzmann. Hizo posible calcular la energía de radiación de un cuerpo completamente negro a partir de una temperatura conocida.
En un esfuerzo por superar las dificultades de la teoría clásica para explicar la radiación de un cuerpo negro, M. Planck en 1900 presentó una hipótesis: los átomos emiten energía electromagnética en porciones separadas: cuantos. Energía E, donde h=6.63.10-34 J.s es la constante de Planck.
A veces es conveniente medir la energía y la constante de Planck en electronvoltios.
Entonces h=4.136.10-15 eV.s. En física atómica, la cantidad también se usa
(1 eV es la energía que adquiere una carga elemental, al pasar por una diferencia de potencial aceleradora de 1 V. 1 eV = 1.6.10-19 J).
Así, M. Planck indicó la salida a las dificultades enfrentadas por la teoría. Radiación termal, después de lo cual comenzó a desarrollarse la teoría física moderna llamada física cuántica.
La física es la principal de las ciencias naturales, ya que revela verdades sobre la relación de varias variables básicas que son verdaderas para todo el universo. Su versatilidad es inversamente proporcional al número de variables que introduce en sus fórmulas.
El progreso de la física (y de la ciencia en general) está asociado al rechazo paulatino de la visibilidad directa. Como si tal conclusión debiera contradecir el hecho de que ciencia moderna y la física, en primer lugar, se basa en el experimento, es decir, experiencia empírica que tiene lugar bajo condiciones controladas por humanos y puede reproducirse en cualquier momento, cualquier número de veces. Pero la cosa es que algunos aspectos de la realidad son invisibles a la observación superficial y la visibilidad puede ser engañosa.
La mecánica cuántica es una teoría física que establece la forma de descripción y las leyes del movimiento a nivel micro.
La mecánica clásica se caracteriza por la descripción de partículas especificando su posición y velocidades, y la dependencia de estas cantidades en el tiempo. En mecánica cuántica, las mismas partículas en las mismas condiciones pueden comportarse de manera diferente.
Las leyes estadísticas solo se pueden aplicar a grandes poblaciones, no a individuos. La mecánica cuántica se niega a buscar leyes individuales de partículas elementales y establece leyes estadísticas. Sobre la base de la mecánica cuántica, es imposible describir la posición y la velocidad de una partícula elemental o predecir su trayectoria futura. Las ondas de probabilidad nos dicen la probabilidad de encontrar un electrón en un lugar particular.
La importancia de la experimentación ha crecido en la mecánica cuántica hasta tal punto que, como escribe Heisenberg, “la observación juega un papel decisivo en un evento atómico y esa realidad difiere según la observemos o no”.
La diferencia fundamental entre la mecánica cuántica y la mecánica clásica es que sus predicciones son siempre probabilísticas. Esto significa que no podemos predecir exactamente dónde, por ejemplo, cae un electrón en el experimento discutido anteriormente, sin importar qué medios perfectos de observación y medición se utilicen. Uno solo puede estimar sus posibilidades de llegar a un lugar determinado y, por lo tanto, aplicar para ello los conceptos y métodos de la teoría de la probabilidad, que sirve para analizar situaciones inciertas.
En mecánica cuántica, cualquier estado de un sistema se describe utilizando la llamada matriz de densidad, pero, a diferencia de la mecánica clásica, esta matriz determina los parámetros de su estado futuro no de manera confiable, sino solo con diversos grados de probabilidad. La conclusión filosófica más importante de la mecánica cuántica es la incertidumbre fundamental de los resultados de las mediciones y, en consecuencia, la imposibilidad de predecir con precisión el futuro.
Esto, combinado con el Principio de Incertidumbre de Heisenberg y otras evidencias teóricas y experimentales, ha llevado a algunos científicos a sugerir que las micropartículas no tienen ninguna propiedad intrínseca y solo aparecen en el momento de la medición. Otros sugirieron que el papel de la conciencia del experimentador para la existencia de todo el Universo es clave, ya que, según Teoría cuántica, es la observación la que crea o crea parcialmente lo observado. El determinismo es la doctrina de la determinabilidad inicial de todos los procesos que ocurren en el mundo, incluidos todos los procesos vida humana, del lado de Dios (determinismo teológico, o doctrina de la predestinación), o sólo de los fenómenos de la naturaleza (determinismo cosmológico), o específicamente de la voluntad humana (determinismo antropológico-ético), por cuya libertad, así como por responsabilidad, entonces no quedaría espacio.
Definibilidad aquí significa la afirmación filosófica de que cada evento que ocurre, incluidas las acciones y el comportamiento humanos, está determinado de manera única por un conjunto de causas que preceden inmediatamente a este evento.
Bajo esta luz, el determinismo también puede definirse como la tesis de que sólo hay un futuro posible, precisamente dado.
El indeterminismo es una doctrina filosófica y una posición metodológica que niegan la objetividad de una relación causal o el valor cognitivo de una explicación causal en la ciencia.
En la historia de la filosofía, desde la filosofía griega antigua (Sócrates) hasta el presente, el indeterminismo y el determinismo actúan como conceptos opuestos sobre los problemas de la condicionalidad de la voluntad de una persona, su elección, el problema de la responsabilidad de una persona por sus acciones.
El indeterminismo trata a la voluntad como una fuerza autónoma, argumentando que los principios de causalidad no se aplican a la explicación de la elección y el comportamiento humanos.
El término determinación fue introducido por el filósofo helenístico Demócrito en su concepto atomista, que negaba el azar, tomándolo simplemente como una necesidad desconocida. Del latín, el término determinación se traduce como definición, la definibilidad obligatoria de todas las cosas y fenómenos del mundo por otras cosas y fenómenos. En un principio, determinar significaba determinar un objeto a través de la identificación y fijación de sus rasgos que separan a ese objeto de los demás. La causalidad se equiparó con la necesidad, mientras que la aleatoriedad se excluyó de la consideración, se consideró simplemente inexistente. Tal comprensión de la determinación implicaba la existencia de un sujeto cognoscente.
Con el surgimiento del cristianismo, el determinismo se expresa en dos nuevos conceptos: la predestinación divina y la gracia divina, y el antiguo principio del libre albedrío choca con este nuevo determinismo cristiano. Para la conciencia eclesiástica general del cristianismo, desde el principio fue igualmente importante mantener intactas ambas afirmaciones: que todo, sin excepción, depende de Dios y que nada depende del hombre. En el siglo V, en Occidente, en sus enseñanzas, Pelagio plantea la cuestión del determinismo cristiano en el aspecto del libre albedrío. El Beato Agustín se pronunció contra el individualismo pelagiano. En sus escritos polémicos, en nombre de las exigencias de la universalidad cristiana, llevó a menudo el determinismo a extremos erróneos, incompatibles con la libertad moral. Agustín desarrolla la idea de que la salvación de una persona depende entera y exclusivamente de la gracia de Dios, que se comunica y obra no según los méritos propios de la persona, sino como don, según la libre elección y predestinación por parte del Divino.
El determinismo fue desarrollado y fundamentado aún más en las ciencias naturales y la filosofía materialista de los tiempos modernos (F. Bacon, Galileo, Descartes, Newton, Lomonosov, Laplace, Spinoza, materialistas franceses del siglo XVIII). De acuerdo con el nivel de desarrollo de las ciencias naturales, el determinismo de este período es mecanicista, abstracto.
Basado en los trabajos de sus predecesores y en las ideas fundamentales de las ciencias naturales de I. Newton y C. Linnaeus, Laplace, en su obra “La experiencia de la filosofía de la teoría de la probabilidad” (1814), trajo las ideas de el determinismo mecanicista hasta su fin lógico: parte del postulado, según el cual, del conocimiento de las causas iniciales siempre se pueden deducir sin ambigüedad las consecuencias.
El principio metodológico del determinismo es al mismo tiempo el principio fundamental de la doctrina filosófica del ser. Una de las ideas ontológicas fundamentales establecidas en la base de la ciencia natural clásica por sus creadores (G. Galileo, I. Newton, I. Kepler y otros) fue el concepto de determinismo. Este concepto consistió en la adopción de tres enunciados básicos:
1) la naturaleza funciona y se desarrolla de acuerdo con sus leyes "naturales" internas inherentes;
2) las leyes de la naturaleza son una expresión de las conexiones necesarias (inequívocas) entre los fenómenos y procesos del mundo objetivo;
3) el fin de la ciencia, en correspondencia con su finalidad y capacidades, es el descubrimiento, formulación y justificación de las leyes de la naturaleza.
Entre las diversas formas de determinación, que reflejan la interconexión universal y la interacción de los fenómenos en el mundo circundante, se distingue especialmente la conexión de causa y efecto o causal (del latín causa - causa), cuyo conocimiento es indispensable para una correcta orientación. en la práctica y actividad científica. Por lo tanto, es la causa el elemento más importante del sistema de factores determinantes. Y, sin embargo, el principio de determinismo es más amplio que el principio de causalidad: además de las relaciones de causa y efecto, incluye otros tipos de determinación (conexiones funcionales, conexión de estados, determinación de objetivos, etc.).
determinismo en su desarrollo historico pasó por dos etapas principales: clásica (mecanicista) y posclásica (dialéctica) en su esencia.
La enseñanza de Epicuro sobre la desviación espontánea de un átomo de una línea recta contenía una comprensión moderna del determinismo, pero dado que la aleatoriedad de Epicuro en sí misma no está determinada por nada (sin causa), entonces, sin ningún error especial, podemos decir que el indeterminismo se origina en Epicuro.
El indeterminismo es la doctrina de que hay estados y eventos para los cuales no existe una causa o no se puede especificar.
En la historia de la filosofía se conocen dos tipos de indeterminismo:
· El llamado indeterminismo "objetivo", que niega por completo la causalidad como tal, no sólo su realidad objetiva, sino también la posibilidad de su interpretación subjetivista.
· Indeterminismo idealista, que, negando el carácter objetivo de las relaciones de determinación, declara la causalidad, la necesidad, la regularidad como productos de la subjetividad, y no como atributos del mundo mismo.
Esto significa (en Hume, Kant y muchos otros filósofos) que la causa y el efecto, como otras categorías de determinación, son solo a priori, es decir, recibido no de la práctica, formas de nuestro pensamiento. Muchos idealistas subjetivos declaran que el uso de estas categorías es un "hábito psicológico" de una persona para observar un fenómeno tras otro y declaran que el primer fenómeno es la causa y el segundo el efecto.
El estímulo para el renacimiento de los puntos de vista indeterministas a principios del siglo XX fue el hecho de que aumentó el papel de las regularidades estadísticas en la física, cuya presencia se declaró para refutar la causalidad. Sin embargo, la interpretación dialéctico-materialista de la correlación del azar y la necesidad, las categorías de causalidad y ley, el desarrollo de la mecánica cuántica, que reveló nuevos tipos de conexión causal objetiva de los fenómenos en el micromundo, mostró el fracaso de los intentos de utilizar el presencia de procesos probabilísticos en la fundación del micromundo para negar el determinismo.
Históricamente, el concepto de determinismo está asociado al nombre de P. Laplace, aunque ya entre sus predecesores, por ejemplo, Demócrito y Spinoza, se tendía a identificar la "ley de la naturaleza", la "causalidad" con la "necesidad", considerar el "azar" como un resultado subjetivo de la ignorancia de las causas "verdaderas".
La física clásica (particularmente la mecánica newtoniana) desarrolló una idea específica de una ley científica. Se tomó como obvio que para cualquier ley científica se debe cumplir necesariamente el siguiente requisito: si se conoce el estado inicial de un sistema físico (por ejemplo, sus coordenadas y cantidad de movimiento en la mecánica newtoniana) y la interacción que determina la dinámica, entonces en De acuerdo con ley científica es posible y debe calcular su estado en cualquier momento del tiempo, tanto en el futuro como en el pasado.
La relación causal de los fenómenos se expresa en el hecho de que un fenómeno (causa) bajo ciertas condiciones necesariamente da vida a otro fenómeno (consecuencia). En consecuencia, es posible dar definiciones de trabajo de causa y efecto. Una causa es un fenómeno cuya acción da vida, determina el desarrollo posterior de otro fenómeno. Entonces el efecto es el resultado de la acción de una determinada causa.
En la determinación de los fenómenos, en el sistema de su certeza, junto con la causa, también entran las condiciones, aquellos factores, sin cuya presencia la causa no puede dar lugar a un efecto. Esto significa que la causa en sí misma no funciona en todas las condiciones, sino solo en ciertas.
El sistema de determinar los fenómenos (especialmente los sociales) a menudo incluye una razón, uno u otro factor que determina solo el momento, el momento en que ocurre el efecto.
Hay tres tipos de orientación temporal de las relaciones causales:
1) determinación por el pasado. Tal determinación es esencialmente universal, porque refleja un patrón objetivo, según el cual la causa al final siempre precede al efecto. Esta regularidad fue notada muy sutilmente por Leibniz, quien dio la siguiente definición de causa: "Una causa es lo que hace que algo comience a existir";
2) determinación por el presente. Conociendo la naturaleza, la sociedad, nuestro propio pensamiento, invariablemente descubrimos que muchas cosas, al estar determinadas por el pasado, también están en interacción determinante con las cosas que conviven simultáneamente con ellas. No es casualidad que nos encontremos con la idea de una relación determinante simultánea en varios campos del conocimiento: la física, la química (al analizar los procesos de equilibrio), la biología (al considerar la homeostasis), etc.
El determinismo del presente también está directamente relacionado con esas categorías pareadas de la dialéctica, entre las cuales existe una relación causal. Como sabéis, la forma de cualquier fenómeno está bajo la influencia determinante del contenido, pero esto no significa en modo alguno que el contenido preceda a la forma en general y que en su punto original pueda ser informe;
3) determinación por el futuro. Tal determinación, como se destaca en una serie de estudios, aunque ocupa un lugar más limitado entre los factores determinantes en comparación con los tipos considerados anteriormente, al mismo tiempo juega un papel importante. Además, hay que tener en cuenta toda la relatividad del término "determinación por el futuro": los acontecimientos futuros están todavía ausentes, sólo se puede hablar de su realidad en el sentido de que están necesariamente presentes como tendencias en el presente (y fueron presente en el pasado). Y, sin embargo, el papel de este tipo de determinación es muy significativo. Pasemos a dos ejemplos relacionados con las tramas que ya se han comentado,
La determinación por el futuro subyace en la explicación del descubrimiento descubierto por el académico P.K. Anokhin de reflejo avanzado de la realidad por parte de los organismos vivos. El significado de tal avance, como se enfatizó en el capítulo sobre la conciencia, está en la capacidad de un ser vivo para responder no solo a objetos que ahora lo afectan directamente, sino también a cambios que parecen serle indiferentes en el momento. , pero en realidad, que son señales de probables impactos futuros. La razón aquí, por así decirlo, opera desde el futuro.
No hay fenómenos irrazonables. Pero esto no significa que todas las conexiones entre los fenómenos del mundo circundante sean causales.
El determinismo filosófico, como doctrina del condicionamiento regular material de los fenómenos, no excluye la existencia de tipos de condicionamiento no causales. Las relaciones no causales entre fenómenos se pueden definir como aquellas relaciones en las que existe relación, interdependencia, interdependencia entre ellos, pero no existe una relación directa entre productividad genética y asimetría temporal.
El ejemplo más característico de condicionamiento o determinación no causal es la relación funcional entre propiedades o características individuales de un objeto.
Las conexiones entre causas y efectos pueden ser no sólo necesarias, rígidamente determinadas, sino también aleatorias, probabilísticas. El conocimiento de las relaciones causales probabilísticas requería la inclusión de nuevas categorías dialécticas en el análisis causal: azar y necesidad, posibilidad y realidad, regularidad, etc.
La aleatoriedad es un concepto que es polar a la necesidad. El azar es una relación de causa y efecto en la que las bases causales permiten la implementación de cualquiera de las muchas posibles consecuencias alternativas. Al mismo tiempo, qué variante particular de comunicación se realizará depende de una combinación de circunstancias, de condiciones que no son susceptibles de contabilidad y análisis precisos. Así, un evento aleatorio ocurre como resultado de la acción de algunos de los indefinidamente un número grande causas diversas y precisamente desconocidas. El inicio de un evento-consecuencia aleatorio es en principio posible, pero no predeterminado: puede ocurrir o no.
En la historia de la filosofía está ampliamente representado el punto de vista según el cual no existe un accidente real, es consecuencia de causas necesarias desconocidas para el observador. Pero, como mostró Hegel por primera vez, un evento aleatorio en principio no puede ser causado por leyes internas solamente, que son necesarias para tal o cual proceso. Un evento aleatorio, como escribió Hegel, no puede explicarse a partir de sí mismo.
La imprevisibilidad de las posibilidades parece contradecir el principio de causalidad. Pero esto no es así, porque los eventos aleatorios y las relaciones causales son las consecuencias, aunque no se conocen de antemano y a fondo, pero aún existen condiciones y causas bastante ciertas. No surgen al azar y no de la “nada”: la posibilidad de su aparición, aunque no de manera rígida, no inequívoca, sino natural, está conectada con fundamentos causales. Estas conexiones y leyes se descubren como resultado del estudio de un gran número (flujo) de eventos aleatorios homogéneos, descritos utilizando el aparato de estadística matemática, y por lo tanto se denominan estadísticos. Los patrones estadísticos son de naturaleza objetiva, pero difieren significativamente de los patrones de fenómenos individuales. El uso de métodos cuantitativos de análisis y cálculo de características, sujeto a las leyes estadísticas de fenómenos y procesos aleatorios, los convirtió en el tema de una rama especial de las matemáticas: la teoría de la probabilidad.
La probabilidad es una medida de la posibilidad de que ocurra un evento aleatorio. La probabilidad de un evento imposible es cero, la probabilidad de un evento necesario (confiable) es uno.
La interpretación probabilístico-estadística de relaciones causales complejas ha permitido desarrollar y aplicar en la investigación científica fundamentalmente nuevas y muy metodos efectivos conocimiento de la estructura y las leyes del desarrollo del mundo. Los avances modernos en mecánica cuántica y química, la genética serían imposibles sin comprender la ambigüedad de las relaciones entre las causas y los efectos de los fenómenos estudiados, sin reconocer que los estados posteriores de un objeto en desarrollo no siempre pueden deducirse completamente del anterior.
Para explicar la relación de incertidumbre, N. Bohr planteó principio de complementariedad, contrastándolo con el principio de causalidad. Cuando se utiliza un instrumento que puede medir con precisión las coordenadas de las partículas, el impulso puede ser cualquiera y, por lo tanto, no existe una relación causal. Usando dispositivos de otra clase, puede medir con precisión el impulso y las coordenadas se vuelven arbitrarias. En este caso, el proceso, según N. Bohr, supuestamente tiene lugar fuera del espacio y el tiempo, es decir. se debe hablar de causalidad o de espacio y tiempo, pero no de ambos.
El principio de complementariedad es un principio metodológico. De forma generalizada, los requisitos del principio de complementariedad como método de investigación científica pueden formularse de la siguiente manera: para reproducir la integridad de un fenómeno en una determinada etapa intermedia de su cognición, es necesario aplicar criterios mutuamente excluyentes y limitándose mutuamente clases “adicionales” de conceptos que pueden ser utilizados por separado, dependiendo de condiciones especiales, pero que en conjunto agotan toda la información que puede ser definida y comunicada.
Así, de acuerdo con el principio de complementariedad, la obtención de información experimental sobre algunos Cantidades fisicas describir un microobjeto (partícula elemental, átomo, molécula) está inevitablemente asociado con la pérdida de información sobre algunas otras cantidades adicionales a las primeras. Tales cantidades mutuamente complementarias pueden considerarse la coordenada de la partícula y su velocidad (momento), energía cinética y potencial, dirección y magnitud del momento.
El principio de complementariedad permitió revelar la necesidad de tener en cuenta la naturaleza ondulatoria corpuscular de los microfenómenos. De hecho, en algunos experimentos, las micropartículas, por ejemplo, los electrones, se comportan como corpúsculos típicos, en otros se comportan como estructuras ondulatorias.
Desde un punto de vista físico, el principio de complementariedad se explica a menudo por la influencia instrumento de medición sobre el estado del micro-objeto. Al medir con precisión una de las cantidades adicionales, la otra cantidad sufre un cambio completamente descontrolado como resultado de la interacción de la partícula con el dispositivo. Aunque tal interpretación del principio de complementariedad es confirmada por el análisis de los experimentos más simples, desde un punto de vista general encuentra objeciones de naturaleza filosófica. Desde el punto de vista de la teoría cuántica moderna, el papel de un instrumento en las mediciones es "preparar" un determinado estado del sistema. Los estados en los que cantidades mutuamente complementarias tendrían simultáneamente valores exactamente definidos son fundamentalmente imposibles, y si una de estas cantidades está exactamente definida, entonces los valores de la otra son completamente indeterminados. Así, de hecho, el principio de complementariedad refleja las propiedades objetivas de los sistemas cuánticos que no están relacionados con el observador.
Descripción de microobjetos en mecánica cuántica
La limitada aplicación de la mecánica clásica a los microobjetos, la imposibilidad de describir la estructura del átomo desde posiciones clásicas y la confirmación experimental de la hipótesis de de Broglie sobre la universalidad de la dualidad onda-partícula llevaron a la creación de la mecánica cuántica, que describe las propiedades de las micropartículas teniendo en cuenta sus características.
La creación y desarrollo de la mecánica cuántica abarca el período que va desde 1900 (formulación de la hipótesis cuántica de Planck) hasta finales de los años 20 del siglo XX y se asocia principalmente con el trabajo del físico austriaco E. Schrödinger, los físicos alemanes M. Born y W. Heisenberg y el físico inglés P. Dirac.
Como ya se mencionó, la hipótesis de De Broglie fue confirmada por experimentos sobre la difracción de electrones. Tratemos de entender cuál es la naturaleza ondulatoria del movimiento de un electrón y de qué tipo de ondas estamos hablando.
El patrón de difracción observado para las micropartículas se caracteriza por una distribución desigual de los flujos de micropartículas dispersadas o reflejadas en diferentes direcciones: se observan más partículas en unas direcciones que en otras. La presencia de un máximo en el patrón de difracción desde el punto de vista de la teoría ondulatoria significa que estas direcciones corresponden a la mayor intensidad de las ondas de De Broglie. Por otro lado, la intensidad de las ondas de de Broglie es mayor donde hay más partículas. Así, la intensidad de las ondas de De Broglie en un punto dado del espacio determina el número de partículas que golpean ese punto.
El patrón de difracción de las micropartículas es una manifestación de una regularidad estadística (probabilística), según la cual las partículas caen en aquellos lugares donde la intensidad de las ondas de De Broglie es mayor. La necesidad de un enfoque probabilístico para la descripción de las micropartículas es una importante característica distintiva de la teoría cuántica. ¿Es posible interpretar las ondas de De Broglie como ondas de probabilidad, es decir, suponer que la probabilidad de detectar micropartículas en diferentes puntos del espacio cambia según la ley de ondas? Tal interpretación de las ondas de De Broglie es incorrecta, aunque solo sea porque la probabilidad de encontrar una partícula en algunos puntos del espacio es negativa, lo que no tiene sentido.
Para eliminar estas dificultades, el físico alemán M. Born (1882-1970) sugirió en 1926 que no es la probabilidad misma la que cambia según la ley de onda, sino la amplitud de probabilidad, llamada función de onda. La descripción del estado de un microobjeto con la ayuda de la función de onda tiene un carácter estadístico y probabilístico: es decir, el cuadrado del módulo de la función de onda (el cuadrado de la amplitud de las ondas de De Broglie) determina la probabilidad de encontrar una partícula en un momento dado en un cierto volumen limitado.
La interpretación estadística de las ondas de De Broglie y la relación de incertidumbre de Heisenberg llevaron a la conclusión de que la ecuación de movimiento en la mecánica cuántica, que describe el movimiento de las micropartículas en varios campos de fuerza, debería ser una ecuación a partir de la cual se obtendrían las propiedades ondulatorias de las partículas observadas experimentalmente. seguir. La ecuación básica debería ser la ecuación de la función de onda, ya que su cuadrado determina la probabilidad de encontrar una partícula en un momento dado en un volumen específico dado. Además, la ecuación deseada debe tener en cuenta las propiedades ondulatorias de las partículas, es decir, debe ser una ecuación ondulatoria.
La ecuación básica de la mecánica cuántica fue formulada en 1926 por E. Schrödinger. Ecuación de Schrödinger, como todas las ecuaciones básicas de la física (por ejemplo, la ecuación de Newton en la mecánica clásica y las ecuaciones de Maxwell para el campo electromagnético) no se deriva, sino que se postula. La corrección de la ecuación de Schrödinger se confirma por la concordancia con la experiencia de los resultados obtenidos con su ayuda, lo que a su vez le da el carácter de las leyes de la naturaleza.
La función de onda que satisface la ecuación de Schrödinger no tiene análogos en la física clásica. Sin embargo, en longitudes de onda de De Broglie muy cortas, la transición de las ecuaciones cuánticas a las ecuaciones clásicas se realiza automáticamente, al igual que la óptica ondulatoria pasa a la óptica de rayos para longitudes de onda cortas. Ambos pasajes al límite se realizan matemáticamente de manera similar.
El descubrimiento de un nuevo nivel estructural de la estructura de la materia y el método mecánico cuántico de su descripción sentó las bases de la física. cuerpo solido. Se entendió la estructura de los metales, dieléctricos, semiconductores, sus propiedades termodinámicas, eléctricas y magnéticas. Se han abierto caminos para una búsqueda decidida de nuevos materiales con las propiedades necesarias, caminos para crear nuevas industrias, nuevas tecnologías. Se han logrado grandes avances como resultado de la aplicación de la mecánica cuántica a los fenómenos nucleares. La mecánica cuántica y la física nuclear han explicado que la fuente de la colosal energía estelar son las reacciones de fusión nuclear que ocurren a temperaturas estelares de decenas y cientos de millones de grados.
La aplicación de la mecánica cuántica a campos físicos. Se construyó una teoría cuántica del campo electromagnético: la electrodinámica cuántica, que explicaba muchos fenómenos nuevos. El fotón, una partícula del campo electromagnético, que no tiene masa en reposo, tomó su lugar en la serie de partículas elementales. La síntesis de la mecánica cuántica y la teoría especial de la relatividad, realizada por el físico inglés P. Dirac, condujo a la predicción de las antipartículas. Resultó que cada partícula debería tener, por así decirlo, su propio "doble": otra partícula con la misma masa, pero con la carga eléctrica opuesta o alguna otra carga. Dirac predijo la existencia del positrón y la posibilidad de convertir un fotón en un par electrón-positrón y viceversa. El positrón, la antipartícula del electrón, fue descubierto experimentalmente en 1934.
A La vida cotidiana Hay dos formas de transferir energía en el espacio: por medio de partículas u ondas. Para, por ejemplo, tirar de la mesa una ficha de dominó en equilibrio sobre su borde, puedes darle la energía necesaria de dos maneras. Primero, puedes lanzarle otra ficha de dominó (es decir, transferir un impulso puntual usando una partícula). En segundo lugar, puede construir fichas de dominó en una fila, conduciendo a lo largo de la cadena hasta la que está en el borde de la mesa, y dejar caer la primera sobre la segunda: en este caso, el impulso se transmitirá a lo largo de la cadena; la segunda ficha de dominó abrumar al tercero, al tercero al cuarto, y así sucesivamente. Este es el principio ondulatorio de la transferencia de energía. En la vida cotidiana, no existen contradicciones visibles entre los dos mecanismos de transferencia de energía. Entonces, una pelota de baloncesto es una partícula, y el sonido es una onda, y todo está claro.
Resumamos lo dicho. Si se dirigen fotones o electrones a dicha cámara de uno en uno, se comportan como partículas; sin embargo, si se recopilan suficientes estadísticas de tales experimentos individuales, se encontrará que, en conjunto, estos mismos electrones o fotones se distribuirán en la pared posterior de la cámara de tal manera que se produzca un patrón familiar de picos y decaimientos alternos de en él se observará la intensidad, indicando su naturaleza ondulatoria. En otras palabras, en el microcosmos, los objetos que se comportan como partículas, al mismo tiempo, parecen “recordar” su naturaleza ondulatoria, y viceversa. Esta extraña propiedad de los objetos del micromundo se llama dualismo de onda cuántica. Se llevaron a cabo muchos experimentos para "revelar la verdadera naturaleza" de las partículas cuánticas: se utilizaron varias técnicas e instalaciones experimentales, incluidas aquellas que permitirían a medio camino del receptor revelar las propiedades de onda de una partícula individual o, por el contrario, determinar las propiedades de onda de un haz de luz a través de las características de cuantos individuales. Todo es en vano. Aparentemente, el dualismo de ondas cuánticas es objetivamente inherente a las partículas cuánticas.
El principio de complementariedad es una simple declaración de este hecho. De acuerdo con este principio, si medimos las propiedades de un objeto cuántico como una partícula, vemos que se comporta como una partícula. Si medimos sus propiedades ondulatorias, para nosotros se comporta como una onda. Los dos puntos de vista no son en modo alguno contradictorios; son complementar entre sí, lo que se refleja en el nombre del principio.
Como ya expliqué en la Introducción, creo que la filosofía de la ciencia se ha beneficiado de tal dualidad onda-partícula incomparablemente más de lo que hubiera sido posible en su ausencia y una distinción estricta entre fenómenos ondulatorios y corpusculares. Hoy es bastante obvio que los objetos del microcosmos se comportan de una manera fundamentalmente diferente a los objetos del macrocosmos a los que estamos acostumbrados. ¿Pero por qué? ¿En qué tablillas está escrito? Y, así como los filósofos naturales medievales lucharon por averiguar si el vuelo de una flecha era "libre" o "forzado", los filósofos modernos luchan por resolver el dualismo de ondas cuánticas. De hecho, tanto los electrones como los fotones no son ondas ni partículas, sino algo muy especial en su naturaleza intrínseca y, por lo tanto, no susceptible de descripción en términos de nuestra experiencia cotidiana. Si continuamos tratando de encajar su comportamiento en el marco de paradigmas que nos son familiares, más y más paradojas son inevitables. Entonces, la conclusión principal aquí es que el dualismo que observamos no es generado por las propiedades inherentes de los objetos cuánticos, sino por la imperfección de las categorías en las que pensamos.
Principio de conformidad
Una nueva teoría que pretende tener un conocimiento más profundo de la esencia del universo, a más Descripción completa y para una aplicación de sus resultados más amplia que la anterior, debe incluirse la anterior como caso límite. Así, la mecánica clásica es el caso límite de la mecánica cuántica y la mecánica de la teoría de la relatividad. Mecánica relativista ( teoría especial relatividad) en el límite de pequeñas velocidades pasa a la mecánica clásica (newtoniana). Este es el contenido del principio metodológico de la correspondencia formulado por N. Bohr en 1923.
La esencia del principio de correspondencia es la siguiente: cualquier nueva teoría más general, que es el desarrollo de teorías clásicas anteriores, cuya validez se estableció experimentalmente para ciertos grupos de fenómenos, no rechaza estas teorías clásicas, sino que las incluye. Las teorías anteriores conservan su significado para ciertos grupos de fenómenos como forma límite y caso especial de la nueva teoría. Este último determina los límites de la aplicación de teorías anteriores, y en ciertos casos existe la posibilidad de una transición de una nueva teoría a una antigua.
En mecánica cuántica, el principio de correspondencia revela el hecho de que los efectos cuánticos son significativos solo cuando se consideran cantidades comparables a la constante de Planck (h). Al considerar objetos macroscópicos, la constante de Planck puede considerarse despreciable (hà0). Esto lleva al hecho de que las propiedades cuánticas de los objetos bajo consideración resultan ser insignificantes; representaciones de la física clásica- son justas. Por lo tanto, el valor del principio de correspondencia va más allá de los límites de la mecánica cuántica. Se convertirá en una parte integral de cualquier nueva teoría.
El principio de complementariedad es una de las ideas más profundas ciencias naturales modernas. Un objeto cuántico no es una onda ni una partícula por separado. El estudio experimental de microobjetos implica el uso de dos tipos de instrumentos: uno le permite estudiar las propiedades de las ondas, el otro, corpuscular. Estas propiedades son incompatibles en cuanto a su manifestación simultánea. Sin embargo, caracterizan igualmente el objeto cuántico y, por lo tanto, no se contradicen, sino que se complementan entre sí.
El principio de complementariedad fue formulado por N. Bohr en 1927, cuando resultó que durante el estudio experimental de microobjetos, se pueden obtener datos precisos sobre sus energías y momentos (patrón de impulso de energía), o sobre su comportamiento en espacio y tiempo (cuadro espacio-temporal). Estas imágenes mutuamente excluyentes no se pueden aplicar simultáneamente. Entonces, si organizamos la búsqueda de una partícula con la ayuda de instrumentos físicos precisos que fijan su posición, entonces la partícula se encuentra con igual probabilidad en cualquier punto del espacio. Sin embargo, estas propiedades caracterizan igualmente al microobjeto, lo que presupone su uso en el sentido de que en lugar de una sola imagen, es necesario utilizar dos: energía-impulso y espacio-temporal.
En un sentido filosófico amplio, el principio de complementariedad de N. Bohr se manifiesta en caracterización de diferentes objetos de investigación dentro de una misma ciencia.