Сформулюйте принцип додатковості, де він застосовується. Принцип додатковості, його прояви та сутність

Принцип додатковості є методологічним постулатом, який спочатку був сформульований великим датським фізиком і філософом Нільсом Бором стосовно області Принцип додатковості Бору, швидше за все, з'явився на світ тільки завдяки тому, що ще раніше, німецький фізик Курт Гедель запропонував свій висновок і формулювання знаменитої теореми про властивості дедуктивних систем, що відноситься до області Нільс Бор поширив логічні висновки Геделя на квантової механіки і сформулював принцип приблизно таким чином: для того, щоб достовірно та адекватно пізнати предмет мікросвіту, його слід досліджувати у системах, які взаємовиключають один одного, тобто у деяких додаткових системах. Це визначення і увійшло в історію як принцип додатковості квантової механіки.

Прикладом такого вирішення проблем мікросвіту став розгляд світла в контексті двох теорій - хвильової та корпускулярної, що призвело до вражаючого за ефективністю наукового результату, який відкрив людині фізичну природу світла.

Нільс Бор у своєму осмисленні зробленого висновку пішов ще далі. Він робить спробу інтерпретувати принцип додатковості через призму філософського знання і саме тут цей принцип набуває універсального наукового значення. Тепер формулювання принципу звучало як: для того, щоб відтворити будь-яке явище з метою його пізнання в знаковій (символічній) системі, необхідно вдатися до додаткових понять і категорій. Говорячи більше простою мовою, принцип додатковості передбачає у пізнанні не тільки можливим, але в деяких випадках і необхідним використання декількох методологічних систем, які дозволять придбати об'єктивні дані про предмет дослідження. Принцип додатковості в цьому значенні виявив себе як факт згоди з метафоричністю логічних систем методології - вони можуть проявляти себе і так, і інакше. Таким чином, з появою та осмисленням цього принципу, по суті, визнавалося, що однієї логіки для пізнання недостатньо, а тому визнавалося допустимим алогічне проведення у дослідницькому процесі. Зрештою, застосування принципу Бору сприяло суттєвій зміні

Пізніше Ю. М. Лотман розширив методологічне значенняпринципу Бора і переніс його закономірності на сферу культури, зокрема застосував до опису Лотман сформулював так званий «парадокс кількості інформації», суть якого полягає в тому, що людське існування переважно протікає в умовах інформаційної недостатності. А в міру розвитку ця недостатність постійно зростатиме. Використовуючи принцип додатковості, можна компенсувати нестачу інформації шляхом її переведення в іншу семіотичну (знакову) систему. Такий прийом привів, власне, до появи інформатики та кібернетики, а згодом і Інтернету. Пізніше функціонування принципу було підтверджено фізіологічною пристосованістю людського мозкудо такого типу мислення обумовлено це асиметрією діяльності його півкуль.

Ще одним становищем, яке опосередковане дією принципу Бора, є факт відкриття німецьким фізиком Вернером Гейзенбергом, закону співвідношення невизначеностей. Його дію можна визначити як визнання неможливості однакового опису двох об'єктів з однаковою точністю, якщо ці об'єкти належать до різних систем. Філософську аналогію цього висновку навів який у роботі «Про достовірність» заявив, що для затвердження безсумнівності чогось треба в чомусь сумніватися.

Таким чином, принцип Бора, набув величезного методологічного значення в різних областях

Фундаментальним принципом квантової механіки поряд із співвідношенням невизначеностей є принцип додатковості, якому Н. Бор дав таке формулювання:

«Поняття частки і хвилі доповнюють одна одну і в той же час суперечать одна одній, вони є картинами, що доповнюють те, що відбувається».

Суперечності корпускулярно-хвильових властивостей мікрооб'єктів є результатом неконтрольованої взаємодії мікрооб'єктів та макроприладів. Є два класи приладів: в одних квантові об'єкти поводяться як хвилі, в інших - подібно до частинок. В експериментах ми спостерігаємо не реальність як таку, а лише квантове явище, що включає результат взаємодії приладу з мікрооб'єктом. М. Борн образно зауважив, що хвилі та частинки – це «проекції» фізичної реальності на експериментальну ситуацію.

По-перше, ідея корпускулярно-хвильового дуалізму означає, що будь-який матеріальний об'єкт, що має корпускулярно-хвильовий дуалізм, має енергетичну оболонку. Подібна енергетична оболонка існує і у Землі, а також у людини, яку найчастіше називають енергетичним коконом. Ця енергетична оболонка може відігравати роль сенсорної оболонкою, що екранує матеріальний об'єкт від зовнішнього середовища і його зовнішню "гравітаційну сферу". Ця сфера може відігравати роль мембрани у клітинах живих організмів. Вона пропускає всередину лише "відфільтровані" сигнали з рівнем обурень, що перевищує деяке граничне значення. Аналогічні сигнали, які перевищили певний поріг чутливості оболонки, може пропускати й у зворотний бік.

По-друге, наявність у матеріальних об'єктів енергетичної оболонки, виводить на новий рівень осмислення гіпотезу французького фізика Л. де Бройля про справді універсальну природу корпускулярно-хвильового дуалізму.

По-третє, з еволюції будови матерії, природа корпускулярно-хвильового дуалізму електрона може бути відображенням корпускулярно-хвильового дуалізму фотонів. Це означає, що фотон, будучи нейтральною часткою, має мезонну будову і є найелементарнішим мікро атомом, з якого, за образом і подобою будуються всі матеріальні об'єкти Всесвіту. Більше того, це будівництво здійснюється за тими самими правилами.

По-четверте, корпускулярно-хвильовий дуалізм дозволяє природним чином пояснити феномен генної пам'яті (Генна пам'ять) частинок, атомів, молекул, живих організмів, даючи можливість усвідомлення механізмів такої пам'яті, коли безструктурна частка пам'ятає про всі свої породження в минулому і має "інтелект" до обраних процесів синтезу, з формування нових " частинок " , з обраними властивостями.

Принцип невизначеності - фізичний закон, який стверджує, що можна одночасно точно виміряти координати і імпульс мікроскопічного об'єкта, т.к. процес виміру порушує рівновагу системи. Твір цих двох невизначеностей завжди більший за Постійну Планку. Цей принцип було вперше сформульовано Вернером Гейзенбергом.

З принципу невизначеності випливає, що чим точніше визначена одна з величин, що входять в нерівність, тим менш виразно значення іншої. Жодний експеримент не може призвести до одночасного точного вимірювання таких динамічних змінних; при цьому невизначеність у вимірах пов'язана не з недосконалістю експериментальної техніки, а з об'єктивними властивостями матерії.

Принцип невизначеності, відкритий 1927 р. німецьким фізиком В. Гейзенбергом, став важливим етапом у з'ясуванні закономірностей внутрішньоатомних явищ та побудові квантової механіки. Істотною рисою мікроскопічних об'єктів є їхня корпускулярно-хвильова природа. Стан частки повністю визначається хвильовою функцією (величина, що повністю описує стан мікрооб'єкта (електрона, протона, атома, молекули) і взагалі будь-якої квантової системи). Частинка може бути виявлена ​​у будь-якій точці простору, в якій хвильова функція відмінна від нуля. Тому результати експериментів з визначення, наприклад, координати мають імовірнісний характер.

Приклад: рух електрона є поширенням його власної хвилі. Якщо стріляти пучком електронів через вузький отвір у стінці: вузький пучок пройде крізь нього. Але якщо зробити цей отвір ще менше, таке, щоб його діаметр за величиною зрівнявся з довжиною хвилі електрона, то пучок електронів розійдеться на всі боки. І це не відхилення, викликане найближчими атомами стінки, якого можна позбутися: це відбувається внаслідок хвильової природи електрона. Спробуйте передбачити, що станеться далі з електроном, що пройшов за стінку, і ви виявитеся безсилими. Вам точно відомо, де він перетинає стіну, але сказати, який імпульс у поперечному напрямку він придбає, ви не можете. Навпаки, щоб точно визначити, що електрон з'явиться з таким певним імпульсом у початковому напрямку, потрібно збільшити отвір настільки, щоб електронна хвиля проходила прямо, лише слабо розходячись на всі боки через дифракцію. Але тоді неможливо точно сказати, в якому ж точно місці електрон-частка пройшов через стінку: отвір широке. Наскільки виграєш у точності визначення імпульсу, настільки програєш у точності, з якою відоме його положення.

Це принцип невизначеності Гейзенберга. Він відіграв важливу роль при побудові математичного апарату для опису хвиль частинок в атомах. Його суворе тлумачення в дослідах з електронами такого: подібно до світлових хвиль електрони опираються будь-яким спробам виконати вимірювання з граничною точністю. Цей принцип змінює картину атома Бора. Можна визначити точно імпульс електрона (а отже, і його рівень енергії) на якійсь його орбіті, але при цьому його місцезнаходження буде абсолютно невідоме: нічого не можна сказати про те, де він знаходиться. Звідси ясно, що малювати собі точну орбіту електрона і помічати його у ній як гуртка позбавлене будь-якого сенсу. У наприкінці XIXв. багато вчених вважали, що розвиток фізики завершився з наступних причин:

· Більше 200 років існують закони механіки, теорія всесвітнього тяжіння

· Розроблено молекулярно-кінетична теорія

· підведено міцний фундамент під термодинаміку

· завершено максвелівську теорію електромагнетизму

· Відкриті фундаментальні закони збереження (енергії, імпульсу моменту імпульсу, маси та електричного заряду)

Наприкінці XIX - на початку XX ст. відкриті В. Рентгеном - X-промені (рентгенівські промені), А. Беккерелем - явище радіоактивності, Дж. Томсоном - електрон. Проте класична фізика не зуміла пояснити ці явища.

Теорія відносності А. Ейнштейна зажадала докорінного перегляду поняття простору та часу. Спеціальні досліди підтвердили справедливість гіпотези Дж. Максвелла про електромагнітну природу світла. Можна припустити, що випромінювання електромагнітних хвиль нагрітими тілами обумовлено коливальним рухом електронів. Але це припущення треба було підтвердити зіставленням теоретичних та експериментальних даних.

Для теоретичного розгляду законів випромінювань використовували модель абсолютно чорного тіла, тобто тіла, що повністю поглинає електромагнітні хвилі будь-якої довжини і, відповідно, випромінює всі довжини електромагнітних хвиль.

Прикладом абсолютно чорного тіла за випромінюючою здатністю може бути Сонце, поглинаюча - порожнина з дзеркальними стінками з маленьким отвором.

Австрійські фізики І. Стефан і Л. Больцман експериментально встановили, що повна енергія Е, що випромінюється за 1 з абсолютно чорним тілом з одиниці поверхні, пропорційна четвертому ступеню абсолютної температури Т:

де s = 5,67.10-8 Дж/(м2.К-с) – постійна Стефана-Больцмана.

Цей закон був названий законом Стефана – Больцмана. Він дозволив вирахувати енергію випромінювання абсолютно чорного тіла за відомою температурою.

Прагнучи подолати утруднення класичної теорії при поясненні випромінювання чорного тіла, М. Планк у 1900 р. висловив гіпотезу: атоми випускають електромагнітну енергію від слушними порціями-квантами. Енергія Е, де h=6,63.10-34 Дж.с-постійна Планка.

Іноді зручно вимірювати енергію та постійну планку в електрон вольтах.

Тоді h = 4,136.10-15 еВ. В атомній фізиці використовується також величина

(1 еВ - енергія, яку набуває елементарного заряду, проходячи прискорюючу різницю потенціалів 1 В. 1 еВ=1,6.10-19 Дж).

Таким чином, М. Планк вказав шлях виходу із труднощів, з якими зіткнулася теорія теплового випромінювання, після чого почала розвиватися сучасна фізична теорія, яка називається квантовою фізикою.

Фізика - головна з природничих наук, оскільки вона відкриває істини про співвідношення кількох основних змінних, справедливі для всього всесвіту. Її універсальність обернено пропорційна кількості змінних, які вона вводить у свої формули.

Прогрес фізики (і науки загалом) пов'язані з поступовим відмовою від безпосередньої наочності. Начебто такий висновок повинен суперечити тому, що сучасна наукаі фізика, перш за все, ґрунтується на експерименті, тобто. емпіричному досвіді, який проходить при контрольованих людиною умовах і може бути відтворений у будь-який час, будь-яку кількість разів. Але вся справа в тому, що деякі сторони реальності непомітні для поверхневого спостереження і наочність може ввести в оману.

Квантова механіка - це фізична теорія, яка встановлює спосіб опису та закони руху на мікрорівні.

Для класичної механіки характерне опис частинок шляхом завдання їх становища і швидкостей, і залежність цих величин від часу. У квантовій механіці однакові частинки в однакових умовах можуть поводитися по-різному.

Статистичні закони можна застосовувати лише до великих сукупностей, але не окремих індивідуумів. Квантова механіка відмовляється від пошуку індивідуальних законів елементарних частинок та встановлює статистичні закони. На основі квантової механіки неможливо описати положення та швидкість елементарної частки або передбачити її майбутній шлях. Хвилі ймовірності говорять нам про можливість зустріти електрон у тому чи іншому місці.

Значення експерименту зросла в квантової механіки настільки, що, як пише Гейзенберг, «спостереження грає вирішальну роль атомній події і що реальність відрізняється залежно від цього, спостерігаємо ми її чи ні».

Принципова відмінність квантової механіки від класичної у тому, що її передбачення завжди мають імовірнісний характер. Це означає, що ми не можемо точно передбачити, в яке саме місце потрапляє, наприклад, електрон у розглянутому вище експерименті, які б досконалі засоби спостереження та вимірювання не використовували. Можна оцінити лише його шанси потрапити у певне місце, а, отже, застосувати для цього поняття та методи теорії ймовірностей, яка слугує для аналізу невизначених ситуацій.

У квантової механіки будь-який стан системи описується з допомогою так званої матриці щільності, але, на відміну класичної механіки, ця матриця визначає параметри її майбутнього стану не достовірно, лише з тим чи іншим ступенем ймовірності. Найважливіший філософський висновок із квантової механіки полягає в принциповій невизначеності результатів виміру і, отже, неможливості точного передбачення майбутнього.

Це в комбінації з принципом невизначеності Гейзенберга, а також іншими теоретичними і експериментальними даними змусило деяких учених припустити, що мікрочастинок взагалі немає ніяких внутрішніх властивостей, і вони з'являються тільки в момент вимірювання. Інші ж припустили, що роль свідомості експериментатора для існування всього Всесвіту є ключовою, оскільки, згідно квантової теорії, саме спостереження створює або частково створює спостережуване. Детермінізм - вчення про початкову визначальність всіх процесів, що відбуваються у світі, включаючи всі процеси людського життя, з боку Бога (теологічний детермінізм, або вчення про приречення), або тільки явищ природи (космологічний детермінізм), або спеціально людської волі (антропологічно-етичний детермінізм), для свободи якої, як і для відповідальності, не залишалося б тоді місця.

Під визначенням тут мається на увазі філософське твердження, що кожна подія, включаючи і людські вчинки, і поведінка, однозначно визначається безліччю причин, безпосередньо попередніх даній події.

У такому світлі детермінізм може бути визначений як теза, що стверджує, що є тільки одне, точно задане, можливе майбутнє.

Індетермінізм - філософське вчення та методологічна позиція, які заперечують, або об'єктивність причинного зв'язку, або пізнавальну цінність причинного пояснення в науці.

В історії філософії, починаючи з давньогрецької філософії (Сократ) аж до теперішнього часу, індетермінізм і детермінізм виступають як протилежні концепції з проблем зумовленості волі людини, її вибору, проблеми відповідальності людини за скоєні вчинки.

Індетермінізм трактує волю як автономну силу, стверджуючи, що принципи причинності не застосовуються до пояснення людського вибору та поведінки.

Термін детермінації ввів у обіг філософ-еллініст Демокріт у своїй атомістичній концепції, яка заперечувала випадковість, приймаючи її просто за непізнану необхідність. З латинської мови термін детермінація перекладається як визначення, обов'язкова визначення всіх речей і явищ у світі іншими речами та явищами. Спочатку детермінувати означало визначати предмет через виявлення та фіксацію його ознак, що відокремлюють цей предмет від інших. Причинність прирівнювалася до необхідності, випадковість виключалася з розгляду, вважалася просто неіснуючою. Таке розуміння детермінації передбачало наявність суб'єкта, що пізнає.

З виникненням християнства, детермінізм виражається у двох нових поняттях – божественного приречення та божественної благодаті, і з цим новим, християнським детермінізмом стикається колишній принцип свободи волі. Для спільної церковної свідомості християнства спочатку було однаково важливо зберегти в недоторканності обидва твердження: що без винятку залежить від Бога і що ніщо залежить від людини. У V столітті, на Заході, у своїх навчаннях Пелагій порушує питання християнського детермінізму щодо свободи волі. Проти пелагіанського індивідуалізму виступив блаженний Августин. У своїх полемічних творах, в ім'я вимог християнської універсальності, він нерідко доводив до хибних крайнощів детермінізму, несумісних із моральною свободою. Августин розвиває думку про те, що порятунок людини залежить цілком і виключно від благодаті Божої, яка повідомляється і діє не за власними заслугами людини, а задарма, за вільним обранням і приреченням з боку Божества.

Подальший розвиток та обґрунтування детермінізм отримує у природознавстві та матеріалістичній філософії нового часу (Ф. Бекон, Галілей, Декарт, Ньютон, Ломоносов, Лаплас, Спіноза, фр. матеріалісти XVIII ст.). Відповідно до рівня розвитку природознавства, детермінізм цього періоду носить механістичний, абстрактний характер.

Спираючись на праці своїх попередників і на основні ідеї природознавства І. Ньютона і К. Ліннея, Лаплас, у своїй роботі «Досвід філософії теорії ймовірностей» (1814) довів ідеї механістичного детермінізму до логічного кінця: він виходить з постулату, згідно з яким з знання причин завжди однозначно вивести слідства.

Методологічний принцип детермінізму є й основним принципом філософського вчення про буття. Однією з фундаментальних онтологічних ідей, покладених основою класичного природознавства його творцями (Г. Галілей, І. Ньютон, І. Кеплер та інших.), стала концепція детермінізму. Ця концепція полягала у прийнятті трьох базових тверджень:

1) природа функціонує та розвивається відповідно до іманентно властивих їй внутрішніх, «природних» законів;

2) закони природи є вираження необхідних (однозначних) зв'язків між явищами та процесами об'єктивного світу;

3) мета науки, що відповідає її призначенню та можливостям, - відкриття, формулювання та обґрунтування законів природи.

Серед різноманітних форм детермінації, що відображають універсальний взаємозв'язок та взаємодію явищ в навколишньому світі, особливо виділяється причинно-наслідковий, або каузальний (від лат. causa - причина) зв'язок, знання якого нічим не замінне для правильного орієнтування в практичному та наукової діяльності. Тому саме причина виступає найважливішим елементом системи факторів, що детермінують. І все-таки принцип детермінізму ширший за принцип каузальності: крім причинно-наслідкових зв'язків він включає й інші види детермінації (функціональні зв'язки, зв'язок станів, цільову детермінацію тощо).

Детермінізм у своєму історичному розвиткупройшов два основні етапи - класичного (механістичного) та пост класичного (діалектичного) за своєю сутністю.

У вченні Епікура про мимовільне відхилення атома від прямої лінії містилося сучасне розуміння детермінізму, але оскільки сама випадковість у Епікура нічим не визначається (безпричинна), то без особливих похибок можна сказати, що від Епікура бере свій початок індетермінізм.

Індетермінізм - вчення про те, що є стан та події, для яких причина не існує або не може бути зазначена.

В історії філософії відомі два види індетермінізму:

· Так званий «об'єктивний» індетермінізм, начисто заперечує причинність як таку, як її об'єктивну даність, а й можливість її суб'єктивістського тлумачення.

· Ідеалістичний індетермінізм, який, заперечуючи об'єктивний характер відносин детермінації, оголошує причинність, необхідність, закономірність продуктами суб'єктивності, а чи не атрибутами самого світу.

Це означає (у Юма, Канта та багатьох інших філософів), що причина і слідство, подібно до інших категорій детермінації, суть лише апріорні, тобто. отримані не з практики, форми нашого мислення. Багато суб'єктивних ідеалістів оголошують вживання цих категорій «психологічною звичкою» людини спостерігати одне явище наступним іншим і оголошувати перше явище причиною, а друге слідством.

Стимулом для пожвавлення індетерміністичних поглядів на початку XX століття став факт зростання у фізиці ролі статистичних закономірностей, наявність яких було оголошено спростовуючим причинність. Однак діалектико-матеріалістична трактування співвідношення випадковості та необхідності, категорій причинності та закону, розвиток квантової механіки, що розкрила нові види об'єктивного причинного зв'язку явищ у мікросвіті, показали неспроможність спроб використовувати наявність ймовірнісних процесів у фундаменті мікросвіту для заперечення детермінізму.

Історично концепцію детермінізму пов'язують з ім'ям П. Лапласа, хоча вже у його попередників, наприклад, Демокріта та Спінози, спостерігалася тенденція ототожнення «закону природи», «причинності» з «необхідністю», розгляду «випадковості» як суб'єктивного результату незнання «справжніх» причин .

Класична фізика (зокрема, механіка Ньютона) виробила специфічне уявлення про науковий закон. Приймалося як очевидне, що для будь-якого наукового закону має обов'язково виконуватися така вимога: якщо відомі початковий стан фізичної системи (наприклад, її координати та імпульс у ньютонівській механіці) та взаємодія, що задає динаміку, то відповідно до науковим закономможна і має обчислити її стан будь-якої миті часу як у майбутньому, і у минулому.

Причинно-наслідковий зв'язок явищ виявляється у тому, що одне явище (причина) за певних умов обов'язково викликає життя інше явище (слідство). Відповідно можна дати і робочі визначення причини та наслідки. Причина є явище, дія якого викликає життя, визначає подальше розвиток іншого явища. Тоді слідство є результатом дії певної причини.

У детермінацію явищ, у систему їхньої визначеності поруч із причиною входять і умови - ті чинники, без яких причина неспроможна породити слідство. Це означає, що причина сама по собі спрацьовує не за будь-яких умов, а лише за певних.

У систему детермінації явищ (особливо громадських) найчастіше входить привід - той чи інший фактор, що зумовлює лише момент, час виникнення слідства.

Існують три типи тимчасової спрямованості причинно-наслідкових зв'язків:

1) детермінація минулим. Така детермінація по суті є загальною, тому що відображає об'єктивну закономірність, згідно з якою причина зрештою передує слідству. Цю закономірність дуже тонко зауважив Лейбніц, який дав таке визначення причини: "Причина є те, що змушує якусь річ почати існувати";

2) детермінація реальним. Пізнаючи природу, суспільство, власне мислення, ми незмінно виявляємо, що багато речей, будучи детермінованими минулим, знаходяться і в взаємодії, що детермінує, з речами, що співіснують одночасно з ними. Невипадково уявлення про одночасної детермінуючої зв'язку зустрічаємо у різних галузях знання - фізики, хімії (під час аналізу рівноважних процесів), в біології (під час розгляду гомеостазиса) тощо.

Детермінованість справжнім має пряме відношення і до тих парних категорій діалектики, між якими існує причинно-наслідковий зв'язок. Як відомо, форма будь-якого явища перебуває під визначальним впливом змісту, але аж ніяк не означає, що зміст передує формі взагалі і у своїй початковій точці може бути безформно;

3) детермінація майбутнім. Така детермінація, як підкреслюється у низці досліджень, хоч і займає більш обмежене проти розглянутими вище типами місце серед детермінуючих чинників, водночас грає помітну роль. До того ж треба враховувати всю відносність терміна "детермінація майбутнім": майбутні події ще відсутні, про їхню реальність можна говорити тільки в тому сенсі, що вони з необхідністю наявні як тенденції в теперішньому (і були в минулому). І все-таки роль цього виду детермінації дуже істотна. Звернемося до двох прикладів, пов'язаних із сюжетами, про які вже йшлося,

Детермінація майбутнім є основою пояснення відкритого академіком П.К. Анохіним випереджає відображення дійсності живими організмами. Сенс такого випередження, як підкреслювалося в розділі, присвяченій свідомості, у здатності живого реагувати не тільки на предмети, які зараз безпосередньо впливають на нього, а й на зміни, начебто байдужі для нього в даний момент, але насправді є сигналами про ймовірних. майбутніх впливах. Причина тут ніби діє з майбутнього.

Безпричинних явищ немає. Але це не означає, що всі зв'язки між явищами в навколишньому світі відносяться до причинно-наслідкових.

Філософський детермінізм, як вчення про матеріальну регулярну обумовленість явищ, не виключає існування непричинних видів обумовлення. Непричинні відносини між явищами можна визначити, як такі відносини, у яких спостерігається взаємозв'язок, взаємозалежність, взаємозумовленість між ними, але відсутнє безпосереднє відношення генетичної продуктивності та тимчасової асиметрії.

Найбільш характерним прикладом непричинного обумовлення чи детермінації є функціональний зв'язок між окремими властивостями чи характеристиками предмета.

Зв'язки між причинами та наслідками можуть мати не тільки необхідний, жорстко зумовлений, але й випадковий, імовірнісний характер. Пізнання ймовірнісних причинно-наслідкових зв'язків зажадало включення до причинного аналізу нових діалектичних категорій: випадковість і необхідність, можливість і реальність, закономірність та інших.

Випадковість – поняття, полярне потреби. Випадковим називають такий зв'язок причини та наслідки, при якому причинні підстави допускають реалізацію будь-якого з безлічі можливих альтернативних наслідків. При цьому те, який саме варіант зв'язку здійсниться, залежить від збігу обставин, від умов, що не піддаються точному обліку та аналізу. Таким чином, випадкова подія настає як результат впливу деяких з невизначено великої кількостірізноманітних і точно невідомих причин. Настання випадкової події-слідства в принципі можливе, проте не зумовлено: воно може статися, а може і не відбутися.

В історії філософії широко представлена ​​точка зору, згідно з якою випадкового реально немає, воно є наслідок невідомих спостерігачеві необхідних причин. Але, як вперше показав Гегель, випадкова подія в принципі не може бути викликана лише внутрішніми, необхідно тому чи іншому процесу властивими закономірностями. Випадкова подія, як писав Гегель, не може бути пояснена із самого себе.

Непередбачуваність випадковостей видається такою, що суперечить принципу причинності. Але це не так, тому що випадкові події та причинні зв'язки - наслідки хоч і невідомих заздалегідь і досконально, але все ж таки реально існуючих і досить певних умов і причин. Виникають вони не хаотично і не з «нічого»: можливість їх появи хоч і не жорстко, однозначно, але закономірно пов'язана з причинними підставами. Ці зв'язки та закони виявляються в результаті вивчення великої кількості (потоку) однорідних випадкових подій, що описується за допомогою апарату математичної статистики, і тому називаються статистичними. Статистичні закономірності мають об'єктивний характер, але істотно від закономірностей одиничних явищ. Застосування кількісних методів аналізу та обчислення характеристик, що підпорядковуються статистичним законам випадкових явищ та процесів, зробило їх предметом особливого розділу математики – теорії ймовірностей.

Імовірність - міра можливості настання випадкової події. Імовірність неможливої ​​події дорівнює нулю, ймовірність настання необхідної (достовірної) події – одиниці.

Імовірнісно-статистична інтерпретація складних причинно-наслідкових відносин дозволила розробити та застосувати у наукових дослідженнях принципово нові та вельми ефективні методипізнання структури та законів розвитку світу. Сучасні успіхи квантової механіки і хімії, генетики були б неможливі без розуміння неоднозначності відносин між причинами і наслідками явищ, що вивчаються, без визнання того, що наступні стану предмета, що розвивається, далеко не завжди можна повністю вивести з попереднього.

Для пояснення співвідношення невизначеностей М. Бор висунув принцип додатковостіпротиставивши його принципу причинності. При використанні приладу, що дозволяє точно виміряти координати частинок, імпульс може бути будь-яким і, отже, відсутня причинний зв'язок. Застосовуючи прилади іншого класу, можна виміряти імпульс, а координати стають довільними. І тут процес, по М. Бору, відбувається нібито поза простору і часу, тобто. слід говорити або про причинність, або про простір і час, але не про те й інше разом.

Принцип додатковості є методологічним принципом. В узагальненому вигляді вимоги принципу додатковості як методу наукового дослідження можна сформулювати так: для відтворення цілісності явища на певному проміжному етапі його пізнання необхідно застосовувати взаємовиключні та взаємообмежуючі один одного "додаткові" класи понять, які можуть використовуватися відокремлено, залежно від особливих умов, але тільки взяті разом вичерпують всю інформацію, що піддається визначенню і передачі.

Так, згідно з принципом додатковості, отримання експериментальної інформації про одних фізичних величин, Що описують мікрооб'єкт (елементарну частинку, атом, молекулу), неминуче пов'язано з втратою інформації про деякі інші величини, додаткові до перших. Такими взаємно додатковими величинами можна вважати координату частки та її швидкість (імпульс), кінетичну та потенційну енергію, напрямок та величину імпульсу.

Принцип додатковості дозволив виявити необхідність урахування корпускулярно-хвильової природи мікроявлень. Дійсно, в одних експериментах мікрочастинки, наприклад електрони, поводяться як типові корпускули, в інших - як хвильові структури.

З фізичного погляду принцип додатковості часто пояснюють впливом вимірювального приладустан мікрооб'єкта. При точному вимірі однієї з додаткових величин, інша величина в результаті взаємодії частки з приладом зазнає повністю неконтрольованої зміни. Хоча таке тлумачення принципу додатковості підтверджується аналізом найпростіших експериментів, із загальної погляду воно наштовхується на заперечення філософського характеру. З позиції сучасної квантової теорії роль приладу у вимірах полягає у “приготуванні” деякого стану системи. Стани, у яких взаємно додаткові величини мали одночасно точно певні значення, принципово неможливі, причому, якщо одна з таких величин точно визначена, то значення інший повністю невизначені. Отже, фактично принцип додатковості відбиває об'єктивні властивості квантових систем, які пов'язані з спостерігачем.

1. Опис мікрооб'єктів у квантовій механіці

Обмеженість застосування класичної механіки до мікрооб'єктів, неможливість з класичних позицій описати будову атома, експериментальне підтвердження гіпотези де-Бройля про універсальність корпускулярно-хвильового дуалізму призвели до створення квантової механіки, що описує властивості мікрочастинок з урахуванням їх особливостей.

Створення та становлення квантової механіки охоплює період з 1900 року (формулювання Планком квантової гіпотези) до кінця 20-х років ХХ століття і пов'язане, перш за все, з роботами австрійського фізика Е. Шредінгера, німецьких фізиків М. Борна та В. Гейзенберга та англ. П. Дірака.

Як уже згадувалося, гіпотеза де Бройля була підтверджена дослідами щодо дифракції електронів. Постараємося зрозуміти, в чому полягає хвильовий характер руху електрона, і про які хвилі йдеться.

Дифракційна картина, що спостерігається для мікрочастинок, характеризується неоднаковим розподілом потоків мікрочастинок, розсіяних або відбитих за різними напрямками: в одних напрямках спостерігається більше частинок, ніж в інших. Наявність максимуму в дифракційної картини з погляду хвильової теорії означає, що це напрями відповідають найбільшої інтенсивності хвиль де Бройля. З іншого боку, інтенсивність хвиль де Бройля виявляється більшою там, де є більша кількість частинок. Таким чином, інтенсивність хвиль де Бройля в даній точці простору визначає кількість частинок, що потрапили до цієї точки.

Дифракційна картина для мікрочастинок – це прояв статистичної (імовірнісної) закономірності, згідно з якою частинки потрапляють у ті місця, де інтенсивність хвиль де Бройля більша. Необхідність імовірнісного підходу до опису мікрочастинок – важлива відмінність квантової теорії. Чи можна хвилі де Бройля тлумачити як хвилі ймовірності, тобто вважати, що ймовірність виявити мікрочастинки у різних точках простору змінюється за хвильовим законом? Таке тлумачення хвиль де Бройля невірно вже хоча б тому, що тоді ймовірність виявити частинку в деяких точках простору негативна, що не має сенсу.

Щоб усунути зазначені труднощі німецький фізик М. Борн (1882-1970) у 1926 році припустив, що за хвильовим законом змінюється не ймовірність, а амплітуда ймовірності, названа хвильовою функцією. Опис стану мікрооб'єкта за допомогою хвильової функції має статистичний, імовірнісний характер: а саме квадрат модуля хвильової функції (квадрат амплітуди хвиль де Бройля) визначає можливість знаходження частки в даний момент часу в певному обмеженому обсязі.

Статистичне тлумачення хвиль де Бройля і співвідношення невизначеностей Гейзенберга привели до висновку, що рівнянням руху в квантовій механіці, що описує рухи мікрочастинок у різних силових полях, має бути рівняння, з якого випливали б хвильові властивості частинок, що спостерігаються на досвіді. Основним має бути рівняння щодо хвильової функції, тому що її квадрат визначає ймовірність знаходження частки у заданий момент часу у заданому певному обсязі. Крім того, шукане рівняння повинне враховувати хвильові властивості частинок, тобто має бути хвильовим рівнянням.

Основне рівняння квантової механіки сформульовано в 1926 Е. Шредінгером. Рівняння ШредінгераЯк і всі основні рівняння фізики (наприклад, рівняння Ньютона в класичній механіці та рівняння Максвелла для електромагнітного поля) не виводиться, а постулюється. Правильність рівняння Шредінгера підтверджується згодою з досвідом одержуваних з його допомогою результатів, що надає йому характер законів природи.

Хвильова функція, що задовольняє рівняння Шредінгера, не має аналогів у класичній фізиці. Проте при дуже малих довжинах хвиль де Бройля автоматично відбувається перехід від квантових рівнянь до класичних, подібно до того, як хвильова оптика переходить у променеву для коротких довжин хвиль. Обидва граничні переходи в математичному відношенні відбуваються аналогічно.

Відкриття нового структурного рівня будови матерії та квантовомеханічного способу його опису заклало основи фізики. твердого тіла. Було зрозуміло будову металів, діелектриків, напівпровідників, їх термодинамічні, електричні та магнітні властивості. Відкрилися шляхи цілеспрямованого пошуку нових матеріалів із необхідними властивостями, шляхи створення нових виробництв, нових технологій. Великих успіхів було досягнуто внаслідок застосування квантової механіки до ядерних явищ. Квантова механіка та ядерна фізика пояснили, що джерелом колосальної енергії зірок є ядерні реакції синтезу, що протікають при зоряних температурах у десятки та сотні мільйонів градусів.

Плідним виявилося застосування квантової механіки до фізичним полям. Було побудовано квантову теорію електромагнітного поля – квантову електродинаміку, яка пояснила багато нових явищ. Своє місце в ряді елементарних частинок зайняв фотон - частка електромагнітного поля, що не має маси спокою. Синтез квантової механіки та спеціальної теорії відносності, здійснений англійським фізиком П. Діраком, призвів до передбачення античастинок. Виявилося, що у кожної частинки має бути ніби свій “двійник” – інша частка з тією ж масою, але з протилежним електричним чи якимось іншим зарядом. Дірак передбачив існування позитрона та можливість перетворення фотона на пару електрон – позитрон і назад. Позитрон – античастка електрона – експериментально було відкрито 1934 р.

У повсякденному життіє два способи перенесення енергії в просторі - за допомогою часток або хвиль. Щоб, скажімо, скинути зі столу кістячку доміно, що балансує з його краю, можна надати їй необхідну енергію двома способами. По-перше, можна кинути в неї іншу кістячку доміно (тобто передати точковий імпульс за допомогою частки). По-друге, можна побудувати в ряд стоять кістяки доміно, що по ланцюжку ведуть до того, що стоїть на краю столу, і впустити першу на другу: в цьому випадку імпульс передасться по ланцюжку - друга кісточка завалить третю, третю четверту і так далі. Це хвильовий принцип передачі енергії. У повсякденному житті між двома механізмами передачі енергії видимих ​​протиріч немає. Так, баскетбольний м'яч – це частка, а звук – це хвиля, і все ясно.

Підсумуємо сказане. Якщо фотони або електрони направляти в таку камеру по одному, вони поводяться як частинки; однак якщо зібрати достатню статистику таких одиночних експериментів, то з'ясується, що за сукупністю ці ж електрони або фотони розподіляться на задній стінці камери так, що на ній спостерігатиметься знайома картина піків, що чергуються, і спадів інтенсивності, що свідчить про їх хвильову природу. Іншими словами, у мікросвіті об'єкти, які поводяться як частинки, при цьому ніби «пам'ятають» про свою хвильову природу, і навпаки. Ця дивна властивість об'єктів мікросвіту отримала назву квантово-хвильового дуалізму. Проводилося безліч експериментів з метою «викрити справжню природу» квантових частинок: використовувалися різні експериментальні методики та установки, включаючи такі, які дозволили б на півдорозі до приймача виявити хвильові властивості окремої частинки або, навпаки, визначити хвильові властивості світлового пучка через характеристики окремих квантів. Все марно. Зважаючи на все, квантово-хвильовий дуалізм об'єктивно властивий квантовим часткам.

Принцип додатковості – проста констатація цього факту. Відповідно до цього принципу, якщо ми вимірюємо властивості квантового об'єкта як частинки, бачимо, що він поводиться як частка. Якщо ж ми вимірюємо його хвильові властивості, він поводиться як хвиля. Обидва уявлення аж ніяк не суперечать один одному — вони саме доповнюютьодне інше, як і відбито у назві принципу.

Як я вже пояснював у Вступі, я вважаю, що філософія науки виграла від такого корпускулярно-хвильового дуалізму незрівнянно більше, ніж було б можливо за його відсутності та суворого розмежування явищ на корпускулярні та хвильові. Сьогодні цілком очевидно, що об'єкти мікросвіту поводяться принципово інакше, ніж об'єкти звичного нам макросвіту. Але чому? На яких скрижалях записано? І, як середньовічні натурфілософи болісно намагалися зрозуміти, чи є політ стріли «вільним» чи «вимушеним», і сучасні філософи б'ються над дозволом квантово-хвильового дуалізму. Насправді ж і електрони, і фотони є не хвилями і частинками, а чимось зовсім особливим за своєю внутрішньою природою — і тому не піддається опису в термінах нашого повсякденного досвіду. Якщо ж і далі намагатися втиснути їхню поведінку в рамки знайомих нам парадигм, неминучі нові парадокси. Отже головний висновок тут у тому, що дуалізм, що спостерігається нами, породжений не властивими квантовим об'єктам властивостями, а недосконалістю категорій, якими ми мислимо.

Принцип відповідності

Нова теорія, претендує більш глибоке пізнання сутності світобудови, більш повний описі більш широке застосування її результатів, ніж попередня, повинна включати попередню як граничний випадок. Так класична механіка є граничним випадком квантової механіки та механіки теорії відносності. Релятивістська механіка ( спеціальна теоріявідносності) у межі невеликих швидкостей перетворюється на класичну механіку (ньютонівську). Це становить зміст методологічного принципу відповідності, сформульованого М. Бором в 1923 р.

Суть принципу відповідності полягає в наступному: будь-яка нова загальніша теорія, що є розвитком попередніх класичних теорій, справедливість яких була експериментально встановлена ​​для певних груп явищ, не відкидає ці класичні теорії, а включає їх у себе. Попередні теорії зберігають своє значення для певних груп явищ, як гранична форма та окремий випадок нової теорії. Остання визначає межі застосування попередніх теорій, причому у певних випадках існує можливість переходу нової теорії до старої.

У квантовій механіці в принципі відповідності проявляється той факт, що квантові ефекти істотні лише при розгляді величин, порівнянних з постійною Планкою (h). При розгляді макроскопічних об'єктів постійну Планку можна вважати знехтовано малою (hà0). Це призводить до того, що квантові властивості об'єктів, що розглядаються, виявляються несуттєвими; уявлення класичної фізики – справедливі. Отже значення принципу відповідності виходить за межі квантової механіки. Він увійде складовою до будь-якої нової теорії.

Принцип додатковості є однією з найглибших ідей сучасного природознавства. Квантовий об'єкт - це не хвиля, і не частка окремо. Експериментальне вивчення мікрооб'єктів передбачає використання двох типів приладів: один дозволяє вивчати хвильові властивості, інший корпускулярні. Ці властивості несумісні щодо їх одночасного прояви. Однак вони однаково характеризують квантовий об'єкт, а тому не суперечать, а доповнюють один одного.

Принцип додатковості був сформульований Н. Бором в 1927 р., коли виявилося, що при експериментальному дослідженні мікрооб'єктів можуть бути отримані точні дані або про їх енергії та імпульси (енергетично-імпульсна картина), або про поведінку в просторі та часі (просторово-часова картина) ). Ці взаємовиключні картини неможливо застосовувати одночасно. Так, якщо організувати пошуки частинки за допомогою точних фізичних приладів, що фіксують її положення, то частка виявляється рівною ймовірністю в будь-якій точці простору. Однак ці властивості однаковою мірою характеризують мікрооб'єкт, що передбачає їх використання в тому сенсі, що замість однієї єдиної картини необхідно застосовувати дві: енергетично-імпульсну та просторово-тимчасову.

У широкому філософському сенсі принцип додатковості М. Бора проявляється в характеристиці різних об'єктів дослідження у межах однієї науки.