Формулировка принципа дополнительности принадлежит. Принцип дополнительности, его проявления и сущность
Принцип, который Бор назвал дополнительностью - одна из самых глубоких философских и естественнонаучных идей нашего времени, с которой можно сравнить лишь такие идеи, как принцип относительности или представление о физическом поле. Его общность не позволяет свести его к какому-либо одному утверждению - им надо овладевать постепенно, на конкретных примерах. Проще всего (так поступил в свое время и Бор) начать с анализа процесса измерения импульса р и координаты х атомного объекта.
Нильс Бор заметил очень простую вещь: координату и импульс атомной частицы нельзя измерить не только одновременно, но вообще с помощью одного и того же прибора. В самом деле, чтобы измерить импульс р атомной частицы и при этом не очень сильно его изменить, необходим чрезвычайно легкий подвижный «прибор». Но именно из-за его подвижности положение его весьма неопределенно. Для измерения координаты х мы должны, поэтому взять другой - очень массивный «прибор», который не шелохнулся бы при попадании в него частицы. Но как бы ни изменялся в этом случае ее импульс, мы этого даже не заметим.
Когда мы говорим в микрофон, то звуковые волны нашего голоса преобразуются там, в колебания мембраны. Чем легче и подвижнее мембрана, тем точнее она следует за колебаниями воздуха. Но тем труднее определить ее положение в каждый момент времени. Эта простейшая экспериментальная установка является иллюстрацией к соотношению неопределенностей Гейзенберга: нельзя в одном и том же опыте определить обе характеристики атомного объекта - координату х и импульс р. Необходимы два измерения и два принципиально разных прибора, свойства которых дополнительны друг другу.
Дополнительность - вот то слово и тот поворот мысли, которые стали доступны всем благодаря Бору. До него все были убеждены, что несовместимость двух типов приборов непременно влечет за собой противоречивость их свойств. Бор отрицал такую прямолинейность суждений и разъяснял: да, свойства их действительно несовместимы, но для полного описания атомного объекта оба они равно необходимы и поэтому не противоречат, а дополняют друг друга.
Это простое рассуждение о дополнительности свойств двух несовместимых приборов хорошо объясняет смысл принципа дополнительности, но никоим образом его не исчерпывает. В самом деле, приборы нам нужны не сами по себе, а лишь для измерения свойств атомных объектов. Координата х и импульс р - это те понятия, которые соответствуют двум свойствам, измеряемым с помощью двух приборов. В знакомой нам цепочке познания
явление -> образ -> понятие -> формула
принцип дополнительности сказывается, прежде всего, на системе понятий квантовой механики и на логике ее умозаключений.
Дело в том, что среди строгих положений формальной логики существует «правило исключенного третьего», которое гласит: из двух противоположных высказываний одно истинно, другое - ложно, а третьего быть не может. В классической физике не было случая усомниться в этом правиле, поскольку там понятия «волна» и «частица» действительно противоположны и несовместимы по существу. Оказалось, однако, что в атомной физике оба они одинаково хорошо применимы для описания свойств одних и тех же объектов, причем для полного описания необходимо использовать их одновременно.
Люди, воспитанные на традициях классической физики, восприняли эти требования как некое насилие над здравым смыслом и поговаривали даже о нарушении законов логики в атомной физике. Бор объяснил, что дело здесь вовсе не в законах логики, а в той беспечности, с которой иногда без всяких оговорок используют классические понятия для объяснения атомных явлений. А такие оговорки необходимы, и соотношение неопределенностей Гейзенберга δx δp ≥ 1/2h точная запись этого требования на строгом языке формул.
Причина несовместимости дополнительных понятий в нашем сознании глубока, но объяснима. Дело в том, что познать атомный объект непосредственно - с помощью наших пяти чувств - мы не можем. Вместо них мы используем точные и сложные приборы, которые изобретены сравнительно недавно. Для объяснения результатов опытов нам нужны слова и понятия, а они появлялись задолго до квантовой механики и никоим образом к ней не приспособлены. Однако мы вынуждены ими пользоваться - у нас нет другого выхода: язык и все основные понятия мы усваиваем с молоком матери и, во всяком случае, задолго до того, как узнаем о существовании физики.
Принцип дополнительности Бора - удавшаяся попытка примирить недостатки устоявшейся системы понятий с прогрессом наших знаний о мире. Этот принцип расширил возможности нашего мышления, объяснив, что в атомной физике меняются не только понятия, но и сама постановка вопросов о сущности физических явлений.
Но значение принципа дополнительности выходит далеко за пределы квантовой механики, где он возник первоначально. Лишь позже - при попытках распространить его на другие области науки - выяснилось его истинное значение для всей системы человеческих знаний. Можно спорить о правомерности такого шага, но нельзя отрицать его плодотворность во всех случаях, даже далеких от физики.
Сам Бор любил приводить пример из биологии, связанный с жизнью клетки, роль которой вполне подобна значению атома в физике. Если атом - последний представитель вещества, который еще сохраняет его свойства, то клетка - это самая малая часть любого организма, которая все еще представляет жизнь в ее сложности и неповторимости. Изучить жизнь клетки - значит узнать все элементарные процессы, которые в ней происходят, и при этом понять, как их взаимодействие приводит к совершенно особому состоянию материи - к жизни.
При попытке выполнить эту программу оказывается, что одновременное сочетание такого анализа и синтеза неосуществимо. В самом деле, чтобы проникнуть в детали механизмов клетки, мы рассматриваем ее в микроскоп - сначала обычный, затем электронный - нагреваем клетку, пропускаем через нее электрический ток, облучаем, разлагаем на составные части... Но чем пристальнее мы станем изучать жизнь клетки, тем сильнее мы будем вмешиваться в ее функции и в ход естественных процессов, в ней протекающих. В конце концов, мы ее разрушим и поэтому ничего не узнаем о ней как о целостном живом организме.
И все же ответ на вопрос «Что такое жизнь?» требует анализа и синтеза одновременно. Процессы эти несовместимы, но не противоречивы, а лишь дополнительны - в смысле Бора. И необходимость учитывать их одновременно - лишь одна из причин, по которой до сих пор не существует полного отверз на вопрос о сущности жизни.
Как и в живом организме, в атоме важна целостность его свойств «волна - частица». Конечная делимость материи породила не только конечную делимость атомных явлений - она привела также X пределу делимости понятий, с помощью которых мы эти явления описываем.
Часто говорят, что правильно поставленный вопрос - уже половина ответа. Это не просто красивые слова.
Правильно поставленный вопрос - это вопрос о тех свойствах явления, которые у него действительно есть. Поэтому такой вопрос уже содержат в себе все понятия, которые необходимо использовать в ответе. На идеально поставленный вопрос можно ответить коротко: «да» или «нет». Бор показал, что вопрос «Волна или частица?» в применении к атомному объекту неправильно поставлен. Таких раздельных свойств у атома нет, и потому вопрос не допускает однозначного ответа «да» или «нет». Точно так же, как нет ответа у вопроса: «Что больше: метр или килограмм?», и у всяких иных вопросов подобного типа.
Два дополнительных свойства атомной реальности нельзя разделить, не разрушив при этом полноту и единство явления природы, которое мы называем атомом. В мифологии такие случаи хорошо известны: нельзя разрезать на две части кентавра, сохранив при этом в живых и коня и человека.
Атомный объект - это и не частица, и не волна и даже ни то, ни другое одновременно. Атомный объект - это нечто третье, не равное простой сумме свойств волны и частицы. Это атомное «нечто» недоступно восприятию наших пяти чувств, и, тем не менее, оно, безусловно, реально. У нас нет образов и органов чувств, чтобы вполне представить себе свойства этой реальности. Однако сила нашего интеллекта, опираясь на опыт, позволяет познать ее и без этого. В конце концов (надо признать правоту Борна), «...теперь атомный физик далеко ушел от идиллических представлений старомодного натуралиста, который надеялся проникнуть в тайны природы, подстерегая бабочек на лугу».
Когда Гейзенберг отбросил идеализацию классической физики - понятие «состояние физической системы, независимое от наблюдения», - он тем самым предвосхитил одно из следствий принципа дополнительности, поскольку понятия «состояние» и «наблюдение» - дополнительные в смысле Бора. Взятые в отдельности, они неполны и поэтому могут быть определены только совместно, друг через друга. Говоря строго, эти понятия вообще не существуют порознь: мы всегда наблюдаем не вообще нечто, а непременно какое-то состояние. И наоборот: всякое «состояние» - это вещь в себе до тех пор, пока мы не найдем способ его «наблюдения».
Взятые по отдельности понятия: волна, частица, состояние системы, наблюдение системы - это некие абстракции, не имеющие отношения к атомному миру, но необходимые для его понимания. Простые, классические картины дополнительны в том смысле, что для полного описания природы необходимо гармоничное слияние этих двух крайностей, но в рамках привычной логики они могут сосуществовать без противоречий лишь в том случае, если область их применимости взаимно ограничена.
Много размышляя над этими и другими похожими проблемами, Бор пришел к выводу, что это не исключение, а общее правило: всякое истинно глубокое явление природы не может быть определено однозначно с помощью слов нашего языка и требует для своего определения, по крайней мере, двух взаимоисключающих дополнительных понятий. Это означает, что при условии сохранения нашего языка и привычной логики мышление в форме дополнительности ставит пределы точной формулировке понятий, соответствующих истинно глубоким явлениям природы. Такие определения либо однозначны, но тогда неполны, либо полны, но тогда неоднозначны, поскольку включают в себя дополнительные понятия, несовместимые в рамках обычной логики. К таким понятиям относятся понятия «жизнь», «атомный объект», «физическая система» и даже само понятие «познание природы».
С давних пор известно, что наука - это лишь один из способов изучить окружающий мир. Другой, дополнительный, способ воплощен в искусстве. Само совместное существование искусства и науки - хорошая иллюстрация принципа дополнительности. Можно полностью уйти в науку или всецело жить искусством - оба эти подхода к жизни одинаково правомерны, хотя взятые по отдельности и неполны. Стержень науки - логика и опыт. Основа искусства - интуиция и прозрение. Но искусство балета требует математической точности, а «...вдохновение в геометрии столь же необходимо, как и в поэзии» Они не противоречат, а дополняют друг друга: истинная наука сродни искусству - точно так же, как настоящее искусство всегда включает в себя элементы науки. В высших своих проявлениях они неразличимы и неразделимы, как свойства «волна - частица» в атоме. Они отражают разные, дополнительные стороны человеческого опыта и лишь взятые вместе дают нам полное представление о мире. Неизвестно, к сожалению, только «соотношение неопределенностей» для сопряженной пары понятий «наука - искусство», а потому и степень ущерба, который мы терпим при одностороннем восприятии жизни.
Конечно, приведенная аналогия, как и всякая аналогия, и неполна и нестрога. Она лишь помогает нам почувствовать единство и противоречивость всей системы человеческих знаний.
Фундаментальным принципом квантовой механики наряду с соотношением неопределенностей является принцип дополнительности, которому Н. Бор дал следующую формулировку:
«Понятия частицы и волны дополняют друг друга и в то же время противоречат друг другу, они являются дополняющими картинами происходящего».
Противоречия корпускулярно-волновых свойств микрообъектов являются результатом неконтролируемого взаимодействия микрообъектов и макроприборов. Имеется два класса приборов: в одних квантовые объекты ведут себя как волны, в других - подобно частицам. В экспериментах мы наблюдаем не реальность как таковую, а лишь квантовое явление, включающее результат взаимодействия прибора с микрообъектом. М. Борн образно заметил, что волны и частицы - это «проекции» физической реальности на экспериментальную ситуацию.
Во-первых, идея корпускулярно-волнового дуализма означает, что любой материальный объект, обладающий корпускулярно-волновым дуализмом, имеет энергетическую оболочку. Подобная энергетическая оболочка существует и у Земли, а также у человека, которую чаще всего называют энергетическим коконом. Эта энергетическая оболочка может играть роль сенсорной оболочкой, экранирующей материальный объект от внешней среды и составляющей его внешнюю "гравитационную сферу". Эта сфера может играть роль мембраны в клетках живых организмов. Она пропускает внутрь только "отфильтрованные" сигналы, с уровнем возмущений, превышающий некоторое предельное значение. Аналогичные сигналы, превысившие некоторый определенный порог чувствительности оболочки, она может пропускать и в обратную сторону.
Во-вторых, наличие у материальных объектов энергетической оболочки, выводит на новый уровень осмысления гипотезу французского физика Л. де Бройля о действительно универсальной природе корпускулярно-волнового дуализма.
В-третьих, в силу эволюции строения материи, природа корпускулярно-волнового дуализма электрона может являться отражением корпускулярно-волнового дуализма фотонов. Это означает, что фотон, являясь нейтральной частицей, имеет мезонное строение и представляет собой самый элементарный микро атом, из которого, по образу и подобию строятся все материальные объекты Вселенной. Более того, это строительство осуществляется по одним и тем же правилам.
В-четвертых, корпускулярно-волновой дуализм позволяет естественным образом объяснить феномен генной памяти (Генная память) частиц, атомов, молекул, живых организмов, давая возможность осознания механизмов такой памяти, когда бесструктурная частица помнит обо всех своих порождениях в Прошлом и обладает "интеллектом" к избранным процессам синтеза, с целью формирования новых "частиц", с избранными свойствами.
Принцип неопределенности - физический закон, который утверждает, что нельзя одновременно точно измерить координаты и импульс микроскопического объекта, т.к. процесс измерения нарушает равновесие системы. Произведение этих двух неопределенностей всегда больше Постоянной Планка. Этот принцип был впервые сформулирован Вернером Гейзенбергом.
Из принципа неопределённости следует, что чем точнее определена одна из входящих в неравенство величин, тем менее определенно значение другой. Никакой эксперимент не может привести к одновременно точному измерению таких динамичных переменных; при этом неопределённость в измерениях связано не с несовершенством экспериментальной техники, а с объективными свойствами материи.
Принцип неопределённости, открытый в 1927 г. немецким физиком В. Гейзенбергом, явился важным этапом в выяснении закономерностей внутриатомных явлений и построении квантовой механики. Существенной чертой микроскопических объектов является их корпускулярно-волновая природа. Состояние частицы полностью определяется волновой функцией (величина, полностью описывающая состояние микрообъекта (электрона, протона, атома, молекулы) и вообще любой квантовой системы). Частица может быть обнаружена в любой точке пространства, в которой волновая функция отлична от нуля. Поэтому результаты экспериментов по определению, например, координаты имеют вероятностный характер.
Пример: движение электрона представляет собой распространение его собственной волны. Если стрелять пучком электронов через узкое отверстие в стенке: узкий пучок пройдёт через него. Но если сделать это отверстие ещё меньше, такое, чтобы его диаметр по величине сравнялся с длиной волны электрона, то пучок электронов разойдётся во все стороны. И это не отклонение, вызванное ближайшими атомами стенки, от которого можно избавиться: это происходит вследствие волновой природы электрона. Попробуйте предсказать, что произойдёт дальше с электроном, прошедшим за стенку, и вы окажетесь бессильными. Вам точно известно, в каком месте он пересекает стенку, но сказать, какой импульс в поперечном направлении он приобретёт, вы не можете. Наоборот, чтобы точно определить, что электрон появится с таким-то определённым импульсом в первоначальном направлении, нужно увеличить отверстие настолько, чтобы электронная волна проходила прямо, лишь слабо расходясь во все стороны из-за дифракции. Но тогда невозможно точно сказать, в каком же точно месте электрон-частица прошёл через стенку: отверстие-то широкое. Насколько выигрываешь в точности определения импульса, настолько проигрываешь в точности, с какой известно его положение.
Это и есть принцип неопределённости Гейзенберга. Он сыграл исключительно важную роль при построении математического аппарата для описания волн частиц в атомах. Его строгое толкование в опытах с электронами такого: подобно световым волнам электроны сопротивляются любым попыткам выполнить измерения с предельной точностью. Этот принцип меняет и картину атома Бора. Можно определить точно импульс электрона (а, следовательно, и его уровень энергии) на какой-нибудь его орбите, но при этом его местонахождение будет абсолютно неизвестно: ничего нельзя сказать о том, где он находится. Отсюда ясно, что рисовать себе чёткую орбиту электрона и помечать его на ней в виде кружка лишено какого-либо смысла. В конце XIX в. многие ученые считали, что развитие физики завершилось по следующим причинам:
· больше 200 лет существуют законы механики, теория всемирного тяготения
· разработана молекулярно-кинетическая теория
· подведен прочный фундамент под термодинамику
· завершена максвелловская теория электромагнетизма
· открыты фундаментальные законы сохранения (энергии, импульса момента импульса, массы и электрического заряда)
В конце XIX -- начале XX в. открыты В. Рентгеном -- X-лучи (рентгеновские лучи), А. Беккерелем -- явление радиоактивности, Дж. Томсоном --электрон. Однако классическая физика не сумела объяснить эти явления.
Теория относительности А. Эйнштейна потребовала коренного пересмотра понятии пространства и времени. Специальные опыты подтвердили справедливость гипотезы Дж. Максвелла об электромагнитной природе света. Можно было предположить, что излучение электромагнитных волн нагретыми телами обусловлено колебательным движением электронов. Но это предположение нужно было подтвердить сопоставлением теоретических и экспериментальных данных.
Для теоретического рассмотрения законов излучений использовали модель абсолютно черного тела, т. е. тела, полностью поглощающего электромагнитные волны любой длины и, соответственно, излучающего все длины электромагнитных волн.
Примером абсолютно черного тела по излучающей способности может быть Солнце, по поглощающей - полость с зеркальными стенками с маленьким отверстием.
Австрийские физики И. Стефан и Л. Больцман экспериментально установили, что полная энергия Е, излучаемая за 1 с абсолютно черным телом с единицы поверхности, пропорциональна четвертой степени абсолютной температуры Т:
где s = 5,67.10-8 Дж/(м2.К-с) - постоянная Стефана-Больцмана.
Этот закон был назван законом Стефана -- Больцмана. Он позволил вычислить энергию излучения абсолютно черного тела по известной температуре.
Стремясь преодолеть затруднения классической теории при объяснении излучения черного тела, М. Планк в 1900 г. высказал гипотезу: атомы испускают электромагнитную энергию от дельными порциями --квантами. Энергия Е, где h=6,63.10-34 Дж.с--постоянная Планка.
Иногда удобно измерять энергию и постоянную Планка в электрон вольтах.
Тогда h=4,136.10-15 эВ.с. В атомной физике употребляется также величина
(1 эВ - энергия, которую приобретает элементарный заряд, проходя ускоряющую разность потенциалов 1 В. 1 эВ=1,6.10-19 Дж).
Таким образом, М. Планк указал путь выхода из трудностей, с которыми столкнулась теория теплового излучения, после чего начала развиваться современная физическая теория, называемая квантовой физикой.
Физика - главная из естественных наук, поскольку она открывает истины, о соотношении нескольких основных переменных, справедливые для всей вселенной. Её универсальность обратно пропорциональна количеству переменных, которые она вводит в свои формулы.
Прогресс физики (и науки в целом) связан с постепенным отказом от непосредственной наглядности. Как - будто такой вывод должен противоречить тому, что современная наука и физика, прежде всего, основывается на эксперименте, т.е. эмпирическом опыте, который проходит при контролируемых человеком условиях и может быть воспроизведён в любое время, любое число раз. Но всё дело в том, что некоторые стороны реальности незаметны для поверхностного наблюдения и наглядность может ввести в заблуждение.
Квантовая механика - это физическая теория, устанавливающая способ описания и законы движения на микроуровне.
Для классической механики характерно описание частиц путём задания их положения и скоростей, и зависимости этих величин от времени. В квантовой механике одинаковые частицы в одинаковых условиях могут вести себя по-разному.
Статистические законы можно применять только к большим совокупностям, но не к отдельным индивидуумам. Квантовая механика отказывается от поиска индивидуальных законов элементарных частиц и устанавливает статистические законы. На базе квантовой механики невозможно описать положение и скорость элементарной частицы или предсказать её будущий путь. Волны вероятности говорят нам о вероятности встретить электрон в том или ином месте.
Значение эксперимента возросло в квантовой механике до такой степени, что, как пишет Гейзенберг, «наблюдение играет решающую роль в атомном событии и что реальность различается в зависимости от того, наблюдаем мы её или нет».
Принципиальное отличие квантовой механики от классической состоит в том, что её предсказания всегда имеют вероятностный характер. Это означает, что мы не можем точно предсказать, в какое именно место попадает, например, электрон в рассмотренном выше эксперименте, какие бы совершенные средства наблюдения и измерения ни использовали. Можно оценить лишь его шансы попасть в определённое место, а, следовательно, применить для этого понятия и методы теории вероятностей, которая служит для анализа неопределённых ситуаций.
В квантовой механике любое состояние системы описывается с помощью так называемой матрицы плотности, но, в отличие от классической механики, эта матрица определяет параметры её будущего состояния не достоверно, а лишь с той или иной степенью вероятности. Важнейший философский вывод из квантовой механики заключается в принципиальной неопределённости результатов измерения и, следовательно, невозможности точного предвидения будущего.
Это в комбинации с принципом неопределённости Гейзенберга, а также другими теоретическими и экспериментальными данными заставило некоторых учёных предположить, что у микрочастиц вообще нет никаких внутренних свойств, и они появляются только в момент измерения. Другие же предположили, что роль сознания экспериментатора для существования всей Вселенной является ключевой, поскольку, согласно квантовой теории, именно наблюдение создаёт или частично создаёт наблюдаемое.Детерминизм - учение о первоначальной определимости всех происходящих в мире процессов, включая все процессы человеческой жизни, со стороны Бога (теологический детерминизм, или учение о предопределении), или только явлений природы (космологический детерминизм), или специально человеческой воли (антропологическо-этический детерминизм), для свободы которой, как и для ответственности, не оставалось бы тогда места.
Под определимостью здесь подразумевается философское утверждение, что каждое произошедшее событие, включая и человеческие поступки, и поведение, однозначно определяется множеством причин, непосредственно предшествующих данному событию.
В таком свете детерминизм может быть также определен как тезис, утверждающий, что имеется только одно, точно заданное, возможное будущее.
Индетерминизм - философское учение и методологическая позиция, которые отрицают, либо объективность причинной связи, либо познавательную ценность причинного объяснения в науке.
В истории философии, начиная с древнегреческой философии (Сократ) вплоть до настоящего времени, индетерминизм и детерминизм выступают как противостоящие концепции по проблемам обусловленности воли человека, его выбора, проблеме ответственности человека за совершённые поступки.
Индетерминизм трактует волю как автономную силу, утверждая, что принципы причинности не применимы к объяснению человеческого выбора и поведения.
Термин детерминации ввел в оборот философ-эллинист Демокрит в своей атомистической концепции, которая отрицала случайность, принимая ее просто за непознанную необходимость. С латинского языка термин детерминация переводится как определение, обязательная определимость всех вещей и явлений в мире другими вещами и явлениями. Сначала детерминировать означало определять предмет через выявление и фиксацию его признаков, отделяющих этот предмет от других. Причинность приравнивалась к необходимости, случайность же исключалась из рассмотрения, считалась просто несуществующей. Такое понимание детерминации подразумевало наличие познающего субъекта.
С возникновением христианства, детерминизм выражается в двух новых понятиях - божественного предопределения и божественной благодати, и с этим новым, христианским детерминизмом сталкивается прежний принцип свободы воли. Для общего церковного сознания христианства изначально было одинаково важно сохранить в неприкосновенности оба утверждения: что все без изъятия зависит от Бога и что ничто не зависит от человека. В V веке, на Западе, в своих учениях Пелагий поднимает вопрос христианского детерминизма в аспекте свободы воли. Против пелагианского индивидуализма выступил блаженный Августин. В своих полемических сочинениях, во имя требований христианской универсальности, он нередко доводил до ошибочных крайностей детерминизма, несовместимых с нравственной свободой. Августин развивает мысль о том, что спасение человека зависит всецело и исключительно от благодати Божией, которая сообщается и действует не по собственным заслугам человека, а даром, по свободному избранию и предопределению со стороны Божества.
Дальнейшее развитие и обоснование детерминизм получает в естествознании и материалистической философии нового времени (Ф. Бэкон, Галилей, Декарт, Ньютон, Ломоносов, Лаплас, Спиноза, фр. материалисты XVIII в.). В соответствии с уровнем развития естествознания, детерминизм этого периода носит механистический, абстрактный характер.
Опираясь на труды своих предшественников и на основополагающие идеи естествознания И. Ньютона и К. Линнея, Лаплас, в своей работе «Опыт философии теории вероятностей» (1814) довел идеи механистического детерминизма до логического конца: он исходит из постулата, согласно которому из знания начальных причин можно всегда однозначно вывести следствия.
Методологический принцип детерминизма является одновременно и основополагающим принципом философского учения о бытии. Одной из фундаментальных онтологических идей, положенных в основу классического естествознания его создателями (Г. Галилей, И. Ньютон, И. Кеплер и др.), явилась концепция детерминизма. Эта концепция заключалась в принятии трех базовых утверждений:
1) природа функционирует и развивается в соответствии с имманентно присущими ей внутренними, «естественными» законами;
2) законы природы есть выражение необходимых (однозначных) связей между явлениями и процессами объективного мира;
3) цель науки, соответствующая ее предназначению и возможностям, - открытие, формулирование и обоснование законов природы.
Среди многообразных форм детерминации, отражающих универсальную взаимосвязь и взаимодействие явлений в окружающем мире, особенно выделяется причинно-следственная, или каузальная (от лат. causa - причина) связь, знание которой ничем не заменимо для правильной ориентировки в практической и научной деятельности. Поэтому именно причина выступает важнейшим элементом системы детерминирующих факторов. И все же принцип детерминизма шире принципа каузальности: кроме причинно-следственных связей он включает в себя и другие виды детерминации (функциональные связи, связь состояний, целевую детерминацию и т.д.).
Детерминизм в своем историческом развитии прошел два основных этапа - классического (механистического) и пост классического (диалектического) по своей сущности.
В учении Эпикура о самопроизвольном отклонении атома от прямой линии содержалось современное понимание детерминизма, но поскольку сама случайность у Эпикура ничем не определяется (беспричинна), то без особых погрешностей можно сказать, что от Эпикура берет свое начало индетерминизм.
Индетерминизм - учение о том, что имеются состояния и события, для которых причина не существует или не может быть указана.
В истории философии известны два вида индетерминизма:
· Так называемый «объективный» индетерминизм, начисто отрицающий причинность как таковую, не только ее объективную данность, но и возможность ее субъективистского истолкования.
· Идеалистический индетерминизм, который, отрицая объективный характер отношений детерминации, объявляет причинность, необходимость, закономерность продуктами субъективности, а не атрибутами самого мира.
Это значит (у Юма, Канта и многих других философов), что причина и следствие, подобно иным категориям детерминации, суть лишь априорные, т.е. полученные не из практики, формы нашего мышления. Многие субъективные идеалисты объявляют употребление этих категорий «психологической привычкой» человека наблюдать одно явление следующим за другим и объявлять первое явление причиной, а второе следствием.
Стимулом для оживления индетерминистических воззрений в начале XX века послужил факт возрастания в физике роли статистических закономерностей, наличие которых было объявлено опровергающим причинность. Однако диалектико-материалистическая трактовка соотношения случайности и необходимости, категорий причинности и закона, развитие квантовой механики, раскрывшей новые виды объективной причинной связи явлений в микромире, показали несостоятельность попыток использовать наличие вероятностных процессов в фундаменте микромира для отрицания детерминизма.
Исторически концепцию детерминизма связывают с именем П. Лапласа, хотя уже у его предшественников, например, Демокрита и Спинозы, наблюдалась тенденция отождествления «закона природы», «причинности» с «необходимостью», рассмотрения «случайности» как субъективного результата незнания «подлинных» причин.
Классическая физика (в частности механика Ньютона) выработала специфическое представление о научном законе. Принималось как очевидное, что для любого научного закона должно обязательно выполняться следующее требование: если известны начальное состояние физической системы (например, ее координаты и импульс в ньютоновской механике) и взаимодействие, задающее динамику, то в соответствии с научным законом можно и должно вычислить ее состояние в любой момент времени как в будущем, так и в прошлом.
Причинно-следственная связь явлений выражается в том, что одно явление (причина) при определенных условиях обязательно вызывает к жизни другое явление (следствие). Соответственно можно дать и рабочие определения причины и следствия. Причина есть явление, действие которого вызывает к жизни, определяет последующее развитие другого явления. Тогда следствие есть результат действия определенной причины.
В детерминацию явлений, в систему их определенности наряду с причиной входят и условия -- те факторы, без наличия которых причина не может породить следствие. Это означает, что причина сама по себе срабатывает не во всяких условиях, а только в определенных.
В систему детерминации явлений (в особенности общественных) зачастую входит повод -- тот или иной фактор, обуславливающий лишь момент, время возникновения следствия.
Существуют три типа временной направленности причинно-следственных связей:
1) детерминация прошлым. Такая детерминация по существу является всеобщей, ибо отражает объективную закономерность, согласно которой причина в конечном счете всегда предшествует следствию. Эту закономерность очень тонко подметил Лейбниц, давший следующее определение причины: "Причина есть то, что заставляет какую-нибудь вещь начать существовать";
2) детерминация настоящим. Познавая природу, общество, собственное мышление, мы неизменно обнаруживаем, что многие вещи, будучи детерминированными прошлым, находятся и в детерминирующем взаимодействии с вещами, сосуществующими одновременно с ними. Не случайно представление об одновременной детерминирующей связи мы встречаем в разных областях знания -- физике, химии (при анализе равновесных процессов), в биологии (при рассмотрении гомеостазиса) и т.д.
Детерминированность настоящим имеет прямое отношение и к тем парным категориям диалектики, между которыми существует причинно-следственная связь. Как известно, форма любого явления находится под определяющим воздействием содержания, но это отнюдь не означает, что содержание предшествует форме вообще и в своей первоначальной точке может быть бесформенно;
3) детерминация будущим. Такая детерминация, как подчеркивается в ряде исследований, хотя и занимает более ограниченное по сравнению с рассмотренными выше типами место среди детерминирующих факторов, вместе с тем играет заметную роль. К тому же надо учитывать всю относительность термина "детерминация будущим": будущие события еще отсутствуют, об их реальности можно говорить только в том смысле, что они с необходимостью наличествуют в качестве тенденций в настоящем (и наличествовали в прошлом). И все же роль этого вида детерминации весьма существенна. Обратимся к двум примерам, связанным с сюжетами, о которых уже шла речь,
Детерминация будущим лежит в основе объяснения открытого академиком П.К. Анохиным опережающего отражения действительности живыми организмами. Смысл такого опережения, как подчеркивалось в главе, посвященной сознанию, в способности живого реагировать не только на предметы, которые сейчас непосредственно воздействуют на него, но и на изменения, вроде бы безразличные для него в данный момент, но в действительности, являющиеся сигналами о вероятных будущих воздействиях. Причина здесь как бы действует из будущего.
Беспричинных явлений не существует. Но это не означает, что все связи между явлениями в окружающем мире относятся к причинно-следственным.
Философский детерминизм, как учение о материальной регулярной обусловленности явлений, не исключает существования непричинных видов обусловливания. Непричинные отношения между явлениями можно определить, как такие отношения, в которых наблюдается взаимосвязь, взаимозависимость, взаимообусловленность между ними, но отсутствует непосредственное отношение генетической производительности и временной асимметрии.
Наиболее характерным примером непричинного обусловливания или детерминации является функциональная связь между отдельными свойствами или характеристиками предмета.
Связи между причинами и следствиями могут носить не только необходимый, жестко обусловленный, но и случайный, вероятностный характер. Познание вероятностных причинно-следственных связей потребовало включения в причинный анализ новых диалектических категорий: случайность и необходимость, возможность и действительность, закономерность и др.
Случайность -- понятие, полярное необходимости. Случайной называют такую связь причины и следствия, при которой причинные основания допускают реализацию любого из множества возможных альтернативных следствий. При этом то, какой именно вариант связи осуществится, зависит от стечения обстоятельств, от не поддающихся точному учету и анализу условий. Таким образом, случайное событие наступает как результат воздействия некоторых из неопределенно большого числа разнообразных и в точности неизвестных причин. Наступление случайного события-следствия в принципе возможно, однако не предопределено: оно может произойти, а может и не произойти.
В истории философии широко представлена точка зрения, согласно которой случайного реально нет, оно следствие неизвестных наблюдателю необходимых причин. Но, как впервые показал Гегель, случайное событие в принципе не может быть вызвано одними только внутренними, необходимо тому или иному процессу присущими закономерностями. Случайное событие, как писал Гегель, не может быть объяснено из самого себя.
Непредсказуемость случайностей кажется противоречащей принципу причинности. Но это не так, потому что случайные события и причинные связи -- следствия хотя и неизвестных заранее и досконально, но все же реально существующих и достаточно определенных условий и причин. Возникают они не хаотично и не из «ничего»: возможность их появления хотя и не жестко, не однозначно, но закономерно связана с причинными основаниями. Эти связи и законы обнаруживаются в результате изучения большого числа (потока) однородных случайных событий, описываемого с помощью аппарата математической статистики, и потому называются статистическими. Статистические закономерности имеют объективный характер, но существенно отличаются от закономерностей единичных явлений. Применение количественных методов анализа и исчисления характеристик, подчиняющихся статистическим законам случайных явлений и процессов, сделало их предметом особого раздела математики -- теории вероятностей.
Вероятность -- мера возможности наступления случайного события. Вероятность невозможного события равна нулю, вероятность наступления необходимого (достоверного) события -- единице.
Вероятностно-статистическая интерпретация сложных причинно-следственных отношений позволила разработать и применить в научных исследованиях принципиально новые и весьма эффективные методы познания структуры и законов развития мира. Современные успехи квантовой механики и химии, генетики были бы невозможны без понимания неоднозначности отношений между причинами и следствиями изучаемых явлений, без признания того, что последующие состояния развивающегося предмета далеко не всегда можно полностью вывести из предыдущего.
методологич. принцип, выдвинутый дат. физиком Н. Бором в связи с интерпретацией квантовой механики. Он формулируется так: в процессе познания для воспроизведения целостности объекта необходимо применять взаимоисключающие, "дополнительные" классы понятий, каждый из к-рых применим в своих особых условиях. Д. п. часто отождествлялся с соотношением неопределенности Гейзенберга. Такое рассмотрение имело, напр., основание в том, что при определенности координаты микрочастицы имеет место неопределенность импульса, и наоборот. Тем самым открывалась возможность использовать эти две характеристики микрообъекта как взаимоисключающие. Однако содержание Д. п. значительно шире, и к этому принципу Бор подошел независимо от соотношения неопределенностей еще на ранних этапах развития квантовой физики. Для объяснения устойчивости атомов и особенностей их излучения Бор ввел свои известные постулаты. Благодаря им удалось непоследовательно соединить в одной модели классич. и квантовые представления о движении электрона. Но применение классич. представлений к области малых квантовых чисел (типично квантовым явлениям) не давало адекватных результатов. Необходимо было философски осмыслить данную ситуацию. Бор выдвигает идею новой формы связи классических и квантовых понятий. Новая идея, получившая в дальнейшем название "дополнительности", устанавливала эту связь, механически перенося старые понятия на новую область, в результате чего классические понятия "дополнялись" квантовыми. В последующем развитии квантовой теории возникли, казалось, непреодолимые гносеологические трудности (о физической природе микрочастиц, о возможности соединения в одной картине их взаимоисключающих сторон). Одной из попыток разрешения этих трудностей и явилась детальная разработка Бором Д. п. Свое название "Complementarity" эта идея получила в период формулировки основных принципов квантовой механики. Осенью 1927 на международном конгрессе физиков в Комо (Швейцария) Бор говорил, что "при описании атомных явлений квантовый постулат выдвигает перед нами задачу развития некоторой теорий „дополнительности“" ("Atomic theory and the description of nature", Camb., 1934, p. 55). Ее осн. требование – необходимость применения взаимоисключающих неадекватных (классич.) понятий в виде "дополнительных пар" для анализа противоречивых свойств квантовых объектов. Бор указывал в докладе "Свет и жизнь" (1932): "Пространственная непрерывность нашей картины распространения света и атомизм световых эффектов являются дополнительными аспектами в. том смысле, что они одинаково объясняют важные черты световых явлений, которые никогда не могут быть приведены в непосредственное противоречие друг с другом, так как их глубокий анализ в терминах механики требует взаимоисключающих экспериментальных устройств" ("Atomic physics and human knowledge", ?. ?., , p. 5). Правильно вскрывая противоречивую природу света, противоположность волновых и корпускулярных свойств, Бор, однако, не видел возможности их внутреннего единства и выдвинул мысль о двух эквивалентных аспектах описания: л и б о корпускула, л и б о волна с последующим в н е ш н и м соположением обоих аспектов (физич. картины микроявлений), что и составляет методологич. суть Д. п. В этом наглядно сказывается непоследовательность филос. позиции Бора. В 30–40-х гг. Бор дал позитивистскую интерпретацию Д. п., выдвинув представление, что Д. п. служит для того, "чтобы символизировать фундаментальное ограничение объективного существования явления независимо от средств наблюдения" (там же, р. 7), и выступив с требованием "радикального пересмотра взглядов на проблему физической реальности" ("Квантово-механическое описание физической реальности", в журн.: "Успехи физ. наук", т. 16, вып. 4, 1936, с. 448). Гейзенберг усматривает прямую связь Д. п. с соотношением неопределенностей. Это приводит его к противопоставлению категорий пространства и времени категории причинности: "Пространственно-временное описание процессов, с одной стороны, и классический закон причинности – с другой, представляют дополнительные, исключающие друг друга черты физических процессов" ("Физические принципы квантовой теории", М.–Л., 1932, с. 51). В последующем Бор придает Д. п. всеобъемлющий характер, выходящий далеко за пределы физич. явлений. "Цельность живых организмов и характеристики людей, обладающих сознанием, а также и человеческих культур, представляют черты целостности, отображение которых требует типично дополнительного способа описания" ("Квантовая физика и философия", в журн.: "Успехи физ. наук", т. 67, вып. 1, 1959, с. 42). В работах ряда ученых, разделявших крайне позитивистские взгляды (П. Иордан, Ф. Франк, Г. Рейхенбах и др.), Д. п. использовался для пропаганды "краха причинности", "свободы воли" электрона и пр. Ошибочно абсолютизируя роль измерит. прибора, трактуя ее как "неконтролируемое взаимодействие", "приготовление субъектом физической реальности", они не смогли научно объяснить специфику познания микромира. Невозможность одноврем. определения координаты и импульса обусловлена, по их мнению, не противоречивой, корпускулярно-волновой природой микрообъектов, а использованием двух взаимоисключающих классов приборов: одного – для определения пространственно-временных характеристик, другого – импульсно-энергетических. Т.о., специфика процесса познания микроявлений объясняется ими не особенностями познаваемого объекта, а, наоборот, его природа рассматривается как следствие специфики познания. Среди понятий или ситуаций, требующих "дополнительного способа описания", указываются, напр., такие, как разум и инстинкт, свобода воли и детерминизм в психологии; понятие и звуковой фон в лингвистике; механицизм и витализм в биологии; личная свобода и социальное равенство в социологии; правосудие и милосердие в юриспруденции и др. При конкретном анализе этих противоречий с позиции Д. п. иногда обнаруживается внешнее сходство с диалектикой. На этом основании в зап. лит-ре, в частности в швейцарском журнале "Dialectika", стало модным отождествление диалектич. противоположностей с "дополнительностями" (взаимоисключающими сторонами познаваемого объекта) и, соответственно, диалектики с методом "дополнительности". Это отождествление необоснованно. Д. п. предполагает механистический разрыв противоположностей, а затем их внешнее рядоположение, в то время как для диалектики характерны не только взаимоисключение, но и объективная взаимосвязь, взаимопроникновение противо-положностей. Концепция "дополнительности" была подвергнута критическому анализу со стороны ряда советских и зарубежных ученых: П. Ланжевена, С. И. Вавилова, В. А. Фока, Луи де Бройля, Д. И. Блохинцева, М. Э. Омельяновского, И. В. Кузнецова, С. Г. Суворова, Л. Яноши и др. Этот критический анализ способствовал расчищению пути для дальнейшего развития физической теории. Тем не менее нек-рые рациональные выводы из методологической концепции Бора, в к-рой стихийно отразились элементы диалектики, могут в силу этого оказаться полезными при разрешении некоторых трудностей в развитии современной физики, напр. в построении теории "элементарных" частиц. Таким образом, методологическая роль Д. п. изменяется с развитием квантовой физики, его значение уменьшается в ходе развития физической теории. Концепция, выдвинутая Бором, сыграла положительную вспомогательную роль на ранних этапах построения и интерпретации квантовой теории. Однако последующая абсолютизация "дополнительного способа описания" и неправомерное возведение его в ранг метода исследования не соответствовали требованиям адекватного, все более углубляющегося познания. Рациональный смысл идеи "дополнительности" и ее первоначальное значение оказались утраченными, когда с ней стали связывать агностицизм, различные субъективистские взгляды на физическую реальность, на проблему причинности и т.п. Но объективное содержание исследований Бора и выводы, логически следующие из них, в известной мере способствовали обогащению научных представлений о диалектическом характере процессов природы. Они показывают необходимость сознательного применения адекватного метода познания – аналога диалектических процессов действительности. Лит.: Блохинцев Д. И., Основы квантовой механики, 2 изд., М.–Л., 1949; его же, Критика философских воззрений так называемой "копенгагенской школы" в физике, в сб.: Философские вопросы современной физики, М., 1952; Александров А. Д., Против идеализма и путаницы в понимании квантовой механики, "Вестн. ЛГУ", 1949, No 4; Кузнецов И. В., Вернер Гейзенберг и его философские позиции в физике, в кн.: Гейзенберг В., Философские проблемы атомной физики, пер. ?. ?. Овчинникова, М., 1953; Омельяновский М. Э., Философские вопросы квантовой механики, М., 1956; ?ок В. ?., Критика взглядов Бора на квантовую механику, в сб.: Философские вопросы современной физики. Под редакцией И. Кузнецова и М. Омельяновского, М., 1958; Сачков Ю. В., О материалистическом истолковании квантовой механики, М., 1959; Философские вопросы современной физики. Сб. [Под редакцией И. В. Кузнецова и М. Э. Омельяновского], М., 1959; Проблема причинности в современной физике. [Под редакцией И. В. Кузнецова и др.], М., I960. А. Познер. Москва.
В повседневной жизни имеется два способа переноса энергии в пространстве — посредством частиц или волн. Чтобы, скажем, скинуть со стола костяшку домино, балансирующую на его краю, можно придать ей необходимую энергию двумя способами. Во-первых, можно бросить в нее другую костяшку домино (то есть передать точечный импульс с помощью частицы). Во-вторых, можно построить в ряд стоящие костяшки домино, по цепочке ведущие к той, что стоит на краю стола, и уронить первую на вторую: в этом случае импульс передастся по цепочке — вторая костяшка завалит третью, третья четвертую и так далее. Это — волновой принцип передачи энергии. В обыденной жизни между двумя механизмами передачи энергии видимых противоречий не наблюдается. Так, баскетбольный мяч — это частица, а звук — это волна, и всё ясно.
Подытожим сказанное. Если фотоны или электроны направлять в такую камеру по одному, они ведут себя как частицы; однако если собрать достаточную статистику таких одиночных экспериментов, то выяснится, что по совокупности эти же электроны или фотоны распределятся на задней стенке камеры так, что на ней будет наблюдаться знакомая картина чередующихся пиков и спадов интенсивности, свидетельствующая об их волновой природе. Иными словами, в микромире объекты, которые ведут себя как частицы, при этом как бы «помнят» о своей волновой природе, и наоборот. Это странное свойство объектов микромира получило название квантово-волнового дуализма . Проводилось множество экспериментов с целью «разоблачить истинную природу» квантовых частиц: использовались различные экспериментальные методики и установки, включая такие, которые позволили бы на полпути к приемнику выявить волновые свойства отдельной частицы или, напротив, определить волновые свойства светового пучка через характеристики отдельных квантов. Всё тщетно. Судя по всему, квантово-волновой дуализм объективно присущ квантовым частицам.
Принцип дополнительности — простая констатация этого факта. Согласно этому принципу, если мы измеряем свойства квантового объекта как частицы, мы видим, что он ведет себя как частица. Если же мы измеряем его волновые свойства, для нас он ведет себя как волна. Оба представления отнюдь не противоречат друг другу — они именно дополняют одно другое, что и отражено в названии принципа.
Как я уже объяснял во Введении , я считаю, что философия науки выиграла от такого корпускулярно-волнового дуализма несопоставимо больше, чем было бы возможно при его отсутствии и строгом разграничения явлений на корпускулярные и волновые. Сегодня совершенно очевидно, что объекты микромира ведут себя принципиально иным образом, нежели объекты привычного нам макромира. Но почему? На каких скрижалях это записано? И, подобно тому как средневековые натурфилософы мучительно пытались понять, является ли полет стрелы «свободным» или «вынужденным», так и современные философы бьются над разрешением квантово-волнового дуализма. На самом же деле и электроны, и фотоны представляют собой не волны и не частицы, а нечто совершенно особенное по своей внутренней природе — и потому не поддающееся описанию в терминах нашего повседневного опыта. Если же и дальше пытаться втиснуть их поведение в рамки знакомых нам парадигм, неизбежны всё новые парадоксы. Так что главный вывод здесь состоит в том, что наблюдаемый нами дуализм порожден не присущими квантовым объектам свойствами, а несовершенством категорий, которыми мы мыслим.
Принцип дополнительности, сформулированный Н. Бором в 1927 году, является одной из самых глубоких философских и естественнонаучных идей нашего времени. С этой идеей можно сравнить лишь такие идеи, как принцип относительности или представления о физическом поле.
Толчком к созданию Бором его принципа дополнительности оказались результаты Гейзенберга - его знаменитое "соотношение неопределенностей". Бор обратил внимание на тот факт, что координату и импульс частицы нельзя измерить не только одновременно, но и с помощью одного прибора. Эти измерения должны выполняться с использованием приборов, существенно различаются; несовместимость этих приборов естественно обусловлено противоречивостью свойств исследуемых с их помощью. Эти свойства действительно несовместимы, но все равно необходимы для полного описания объекта. Дополнительность - так определил Бор эти свойства.
Действительно, поток света мы исследуем с двух позиций. Во-первых, с помощью различных специальных методов исследуются спектральные характеристики света - которые длины волн у излучении, а, во-вторых, - его энергетические характеристики, поскольку определяется распределение энергии в спектре. В первом случае изучаются волновые свойства света, а во втором - корпускулярные, так как энергию переносят фотоны. Эти характеристики изучаются с помощью принципиально различных приборов; они являются взаимодополняющими, так как волновые и корпускулярные показатели одинаковой степени необходимы для полного описания такого явления, как свет.
В переводе на язык абстрактных понятий приведенное рассуждение можно обобщить следующим образом. Квантовый объект - это "вещь в себе", пока мы не определили способа его наблюдения. Различные свойства требуют использования различных способов, иногда несовместимых между собой. Фактически возникает "экспериментальная ситуация", действующими лицами которой выступают взаимосвязанные "объект" и "наблюдение"; друг без друга они не имеют смысла. Результат реализации экспериментальной ситуации (явление) отражает влияние прибора на исследуемый объект. Выбирая различные приборы, мы меняем экспериментальную ситуацию и изучаем разные явления. И хотя дополнительные явления нельзя изучить одновременно, в одном опыте, они одинаково необходимы для полного описания объекта исследования.
Корпускулярно-волновой дуализм вызывает у неопытного человека вполне естественное сопротивление - понятие "частица" и "волна" нам трудно объединить в сознании. Эту причину несовместимости в нашем сознании дополнительных понятий, однако, можно объяснить. Чтобы объяснить результаты исследования микромира, мы вынуждены прибегать к наглядных образов, которые возникли еще в донаучные времена, и эти образы не совсем пригодными для наших целей. Среди основных положений формальной логики - «правило исключенного третьего": из двух противоположных высказываний одно является истинным, другое - ложным, а третьего не дано. В классической физике не было случая, который бы вызвал сомнение в этом правиле, поскольку понятие "частица" и "волна" действительно противоположные и несовместимые. Но оказалось, что в квантовой физике они одинаково хорошо применимы для описания свойств тех же объектов, и использовать их надо одновременно. Бор объяснил, что нельзя безоговорочно применять классические понятия для описания квантовых явлений. В квантовой физике меняются не только понятия, но и постановка вопросов о сущности физических явлений. Паули даже предлагал назвать квантовую механику «теорией дополнительности» по аналогии с теорией относительности Эйнштейна.
На идеально поставленный вопрос можно ответить коротко: "да" или "нет". Бор доказал, что вопрос "волна или частица" применительно к атомной объекта поставлена неправильно, таких раздельных свойств атом не имеет, и поэтому на этот вопрос нельзя дать однозначный ответ "да" или "нет". Квантовый объект - это не частица и не волна, и ни то, ни другое одновременно. Квантовый объект - это нечто третье, такое, что не равна сумме свойств волны и частицы, подобно тому, как русалка - это не сумма женщины и рыбы. У нас нет органов чувств и образов, чтобы представить себе свойства этой атомной реальности. Две дополнительные свойства квантового объекта нельзя разделить, не разрушив при этом полноту и единство природы.
Гейзенберг отверг идеализацию классической физики - понятие "состояние физической системы, независимый от наблюдения". Этим он предсказал один из последствий принципа дополнительности, поскольку "состояние" и "наблюдения" - дополнительные понятия. Взятые порознь - они неполные, и поэтому могут быть определены только совместно, одно через другое. Более строго, они вообще не существуют порознь: мы всегда наблюдаем не вообще что-то, а непременно какое-то состояние. Г наоборот: всякий состояние - это вещь в себе до тех пор, пока мы не найдем способ его наблюдения.
Понятие "волна" и "частица", "состояние" и "наблюдения" - это идеализации, необходимые для понимания квантового мира. Классические картины е дополнительными в том смысле, что для полного описания сущности квантовых явлений необходимо их гармоническое сочетание. Однако в рамках привычной логики они могут существовать независимо, если области их применимости взаимно ограничены.
Эти и другие подобные примеры, как показал Бор, являются отдельными проявлениями общего правила * любое истинно глубокое явление природы нельзя определить однозначно с помощью слов нашего языка; оно требует для своего определения по крайней мере двух взаимоисключающих дополнительных понятий. Это означает, что при условии сохранения нашего языка и привычной логики мышления в форме дополнительности устанавливает пределы для точной формулировки понятий, соответствующих истинно глубоким явлениям природы. Такие определения или однозначные, но неполные или полные, но тогда неоднозначны, поскольку включают в себя дополнительные понятия, несовместимые в пределах обычной логики. Среди таких понятий - понятие "жизнь", "квантовый объект", "физическая система" и даже само понятие "Познание природы".
Бор проводил огромную и напряженную работу, исследуя применение понятия дополнительности и в других, кроме физики, областях знания. Эту задачу он считал не менее существенной, чем чисто физические исследования.
Или сводятся биологические закономерности к физико-химических процессов? На первый взгляд, все биологические процессы определяются движением частиц, из которых состоит живая материя. Предельное выражение такой точки зрения - определение физиологии как "физической химии азотсодержащих коллоидов". Но такой взгляд отражает только одну сторону дела. Другая сторона, более важная - закономерности живой материи, хотя и определяются законами физики и химии, но не сводятся к ним. Для биологических процессов характерна финалистична закономерность, которая отвечает на вопрос "зачем?". Физику же интересуют только вопросы "почему?" и как?". Виталисты считают существенной только биологическую закономерность, отрицая физико-химический аспект биологических процессов.
Правильное понимание биологии возможно только на основе дополнительности физико-химической причинности и биологической целеустремленности. Понятие дополнительности позволяет осуществлять описание живых процессов на основе взаимодополняющих подходов.
В статье "Свет и жизнь" Бор замечает, что "непрерывный обмен веществ между организмом и окружающей средой необходим для поддержания жизни, в результате чего четкое выделение организма как физико-химической системы представляется невозможным. Поэтому можно считать, что любая попытка провести резкую грань, что позволяет осуществить исчерпывающий физико-химический анализ, вы зовет такие изменения в обмене веществ, которые несовместимы с жизнью организма... ".
Действительно, пытаясь изучить детали механизма жизнедеятельности клетки, мы подвергаем ее различным, порой губительным воздействиям - нагреванию, пропусканию электрического тока, исследованию в электронном микроскопе и т.д. В конце концов мы разрушим клетку и поэтому ничего не узнаем о ней как о целостном живой организм. Однако ответ на вопрос "Что такое жизнь?" требует и анализа, и синтеза одновременно. Процессы эти несовместимы, но не противоречивы, а дополнительные, и необходимость принимать их во внимание одновременно - лишь одна из причин, по которым до сих пор не существует ответа на вопрос о сущности жизни.
Бор много размышлял над применением понятия дополнительности в психологии. Он говорил: "Мы все знаем старое высказывание о том, что, пытаясь анализировать наши переживания, мы перестаем их испытывать. В этом смысле слова мы обнаруживаем, что между психологическими опытами, для описания которых целесообразно употреблять слова" мысли "и" чувства ", существует соотношение дополнительности, подобное тому, которое существует между данными о поведении атомов ".
Физическая картина явления и его математическое описание являются дополнительными. Создание физической картины требует пренебрежения деталями и не ведет к математической точности. И наоборот, попытка точного математического описания явления затрудняет его понимание.
Наука - это только один из способов изучения окружающего мира; другой, дополнительный способ, воплощенный в искусстве. Совместное существование искусства и науки - одна из иллюстраций принципа дополнительности. Стержень науки - логика и опыт; основа искусства - интуиция и прозрения. Они не противоречат, а дополняют друг друга: настоящая наука подобна искусства - точно так же, как настоящее искусство всегда включает в себя элементы науки. В высших своих проявлениях они неразличимы и неразделимы, как свойства "волна-частица" в атоме. Они отражают различные дополнительные стороны человеческого опыта и лишь взятые вместе дают нам полное представление о мире. Мы только не знаем, к сожалению, "соотношение неопределенностей" для сопряженной пары понятий «наука-искусство", а потому и степень убыточности при одностороннем восприятии жизни.
Эта аналогия, как и любая аналогия, и неполна, и нестрогая. Она только помогает почувствовать единство и противоречивость всей системы человеческих знаний.
На вопрос "Что является дополнительным к понятию истины?" Бор ответил: "Ясность".
