Документ взят из кэша поисковой машины. Адрес оригинального документа : http://www.abitu.ru/en2002/closed/viewwork.html?work=67 Дата изменения: Fri May 5 15:26:05 2006 Дата индексирования: Tue Oct 2 02:23:37 2012 Кодировка: koi8-r Поисковые слова: физика высоких энергий

«Философское и общекультурное значение квантовой теории как основания
постклассической науки».

Матвейко Вячеслав Александрович

Муниципальный лицей при политехническом университете, 11 класс, гор. Томск,

E-mail: oblkru@trecom.tomsk.ru
Научный руководитель: Медвинский Аркадий Арнольдович, кандидат физ.-мат.
наук, зам. директора лицея по НМР.


1.Постановка задачи.

Во второй половине минувшего века утвердились радикальные изменения в
основах научного мировоззрения, на смену науке «классической»
сформировалась наука «постклассическая». Наука классического периода
постулировала независимость познаваемого объекта от познающего субъекта.
Напротив, новая наука признаёт субъектность научного знания, неустранимость
воздействия познающего субъекта на изучаемый объект. Тем самым
постклассическая наука приводит к философии преодоления былого определения
Человека от Природы, способствует формированию целостной картины мира.
Элементом «научной веры» новой науки является признание первичности
вероятностно-статистических закономерностей, в отличие от господства
динамических закономерностей как определяющих причинно-следственные связи.
Оказалась отвергнутой механистическая предопределённость явлений. Новая
наука, сравнительно с классической, соответствует более глубокому уровню
знания, основанного на значительно более высокоточных данных
экспериментальных исследований. Наука приводит к пониманию того, что «мир
сложен и лежит за пределами наглядности»[1]. Изменения в миропонимании и
самом стиле мышления привели к преодолению разобщённости естественнонаучной
и гуманитарной составляющих целостной культуры цивилизации - разобщённости,
порождённой классическим периодом познания мира.
«Решающую роль в формировании нового рационалистического
мировоззрения сыграли успехи физики и, прежде всего, открытие величайшей
из наук, созданных человечеством, - науки о микромире, квантовой механики.
Благодаря этим открытиям, человек перестал быть внешним наблюдателем:
оказалось, что он видит мир «изнутри». И это видение постепенно
распространилось и на другие области знания»[1]. Квантовая теория «. есть
одно из самых поразительных достижений науки. одно из общекультурных
достояний всего человечества»[2]. Квантовомеханическое описание, основанное
на чрезвычайно высокой точности анализа, раскрывает закономерности
«глубинного смысла», недоступного непосредственным грубым наблюдениям. При
этом выявляется наиболее характерная особенность квантового описания:
парадоксальное сочетание противоположных свойств. Если учесть, что проблемы
парадокса, в частности парадоксальной противоречивости движения,
интересовали философов со времён древности (например, знаменитые «апории
Зенона» 5-й век до н.э.) до наших дней, то интересно раскрытие проблемы
парадоксальности глубинных свойств, данное квантовой теорией.
Задачей исследования было проанализировать, каким образом характерные
особенности постклассической науки обосновываются общими закономерностями
квантовомеханического описания движения. Наше внимание было привлечено к
тому, что теоретико-познавательное содержание квантовой теории, её
гносеологические достижения и общекультурное значение раскрывается
концепцией дополнительности Нильса Бора (великий физик и философ 20-го
века). Мы сосредоточились на изучении и осознании соответствующих положений
и закономерностей, уяснив, что концепция дополнительности позволяет
выразить общие закономерности познания, соответствующие высокоточному
(«тонкому») уровню рассмотрения явлений современной наукой. Квантовая
теория и её истолкование концепцией дополнительности позволяют «. обратить
внимание на возможность рассмотрения общих проблем теории познания в свете
того урока и тех знаний, которые дало нам изучение новых, но по существу
простых физических закономерностей».[3, стр.76] «Этот урок позволяет нам
подметить в разных областях общие черты и тем самым содействовать
стремлению к единству знания» [3, стр.104]
Мы не использовали (незнакомый) сложный математический аппарат
квантовой теории, а также гносеологических тонкостей концепции
дополнительности, рассмотрев её в довольно упрощённом виде. Однако, на наш
взгляд, это всё же позволило проникнуть в идеи и принципы, идеологию
квантового описания и решить поставленную задачу.
Для подтверждения широкой применимости концепции дополнительности и,
соответственно, общекультурного значения квантовой теории был проведён
ограниченный литературоведческий анализ высокохудожественных произведений.

2.Содержание исследования.

2.1.Корпускулярно-волновая двойственность и соотношение
неопределённостей. Основы концепции дополнительности.
2.1.1. Два взаимно исключающие друг друга наглядные образа движения.
Гипотезы о таинственной двойственности. Механическое корпускулярное
движение - пространственное перемещение малой частицы вещества по
непрерывной траектории - находится во взаимно однозначном соответствии с
определением состояния совместным, одновременным заданием местоположения
(координаты) и скорости частицы. Наряду с постулатом о способе задания
состояния, в основы классической механики входит постулат (второй закон
Ньютона) в виде общего уравнения, позволяющего по конкретным заданным силам
определить конкретную траекторию движения. Образ непрерывной траектории -
один образ, тип движения. Другим является образ волны бегущей или стоячей
(соответствует колебаниям в ограниченной области пространства). Оба образа
наглядны, поскольку такие типы движения непосредственно наблюдаемы.
Корпускулярное и волновое движения взаимно исключают друг друга - или
локализация в каждый момент движения, или делокализация (волна в каждый
момент охватывает пространственную область). Отметим характерную
особенность классического описания движения: величины, задающие состояние,
и другие физические (измеряемые) величины изменяются непрерывно. Лишь
частоты (длины волн) стоячих колебаний изменяются дискретно, скачкообразно.
Колебания и волны электромагнетизма не являются механическими
колебаниями вещественной среды и представляют собой другую, отличную от
вещества, форму материи («поле»). Постулат о состоянии и его изменении
(движение) для электромагнетизма задаётся иначе, чем в механике. Абстракции
электромагнитных колебаний и волн непосредственно, без специальных
приборов, ненаблюдаемы и мыслимы лишь по аналогии с колебаниями и волнами
вещественной среды. Классическая физика установила взаимосвязь двух форм
материи: механические колебания электрически заряженных частиц вещества
порождают электромагнитные колебания и волны их распространения, вещество
может не только излучать, но и поглощать волны электромагнетизма. К концу
19-го века казалось, что физика близка к пониманию взаимосвязи вещества и
электромагнетизма. Однако именно здесь возникли трудности, усилия, по
преодолению которых, привели, в конечном счете, к открытиям и созданию
новой физики.
Первый шаг был сделан Максом Планком (1900г.) в стремлении устранить
несогласие между теоретическим описанием и экспериментальными данными по
закономерностям электромагнитного излучения нагретых тел. Планк ввёл
следующие допущения: энергия излучается не непрерывно, а дискретно,
отдельными порциями («квантами», англ.); энергия этих квантов Е=h?, где ? -
частота электромагнитной волны, h - универсальная постоянная («постоянная
Планка», равная 6,6*10-34Дж*с, т.е. величина с размерностью «действия»).
Потрясающая воображение малость этой константы свидетельствует о
чрезвычайной точности осуществляемого анализа. Со временем было уяснено,
что постоянная Планка задаёт «универсальный квант действия», т.е. его
минимальную величину. Это одна из мировых констант, определяющих
закономерности Природы.
В 1905г. при теоретическом истолковании закономерностей фотоэффекта
(явления испускания электронов поверхностью металлов при её облучении
светом) Альберт Эйнштейн рассмотрел кванты электромагнетизма в качестве
физической реальности. Эйнштейн ввёл новое допущение, оказавшееся важнейшим
в новой физике: световые кванты обладают парадоксальной двойственностью
свойств. Они обладают волновыми свойствами, что проявляется в интерференции
и дифракции, непрерывности переноса энергии электромагнитными волнами. В то
же время при взаимодействии с электроном квант электромагнетизма (он
получил название «фотон») уподобляется малой частице. Фотон не может
рассматривается как корпускула, т.е. движущимся по определённой непрерывной
траектории, однако он осуществляет передачу энергии Е=h? «атомистично» -
локально отдельному электрону. Фотоэлектрон не постепенно накапливает
энергию, но получает её сразу конечной порцией, нацело всем квантом. Таким
образом, пришлось допустить, что «. свет существует в форме фундаментальных
образований или квантов, которые при известных условиях действуют подобно
частицам, а при других - подобно волнам. Положение сильно напоминает басню
о семи слепых, которые наткнулись на слона. Один из них ощупал хобот и
сказал: «слон - это канат», другой ощупал ногу и сказал: «слон - это,
очевидно, дерево» и т.д. Вопрос, на который мы должны ответить, заключается
в следующем: можем ли мы найти единое представление, объединяющее все наши
различные сведения о природе света, так же как наше понятие о слоне
объединяет ощущения семи слепых?» [4, стр.39]. Допущенная Эйнштейном
двойственность свойств фотона получила название корпускулярно-волновой
двойственности.
Дискретность («квантованность») энергии и корпускулярно-волновая
двойственность противоречат основам классической физики. Однако эти
таинственные, наглядно непредставимые свойства пришлось допустить не только
для абстрактного электромагнетизма, но и для движения частиц вещества.
Экспериментально установленное Резерфордом (1911г.) строение стабильных
атомов в виде ядра и движущихся вокруг него электронов оказалось в
противоречии с основными законами физики. Для разрешения этого противоречия
и объяснения наблюдаемых свойств атомов (их линейчатых спектров) Нильс Бор
(1913г.) впервые распространил гипотезу о дискретности с «шагом» порядка h
от электромагнетизма на движение частиц вещества (электронов в атоме). При
этом принималось, что «. в описании атомных явлений в качестве первичного
элемента, для которого объяснение невозможно и ненужно, выступает квант
действия» [3, стр.106]. Бор предположил устойчивость лишь тех круговых
орбит электрона относительно ядра, для которых «угловой момент» является
величиной кратной h. Он выдвинул также квантовые допущения: изменение
энергии атома есть результат неделимого, скачкообразного перехода между
двумя такими состояниями (с постоянной энергией - «стационарные
состояния»); каждому переходу соответствует испускание или поглощение
единичного светового кванта.
Дальнейшему развитию физики в направлении признания универсальной
общности квантовых закономерностей, включая поразительную парадоксальность
(дуализм) свойств, отвечали предположения де-Бройля (1924г.) о волновых
проявлениях движения корпускулы. Он допустил, что свободному движению
частицы (действующими силами можно пренебречь) соответствует
распространение монохроматической волны длиной ?=h/p (p=mV- импульс; m -
масса, V - скорость частицы). Стационарным состоянием для электрона в атоме
отвечают определённые стоячие волны.
2.1.2. Создание квантовой теории. «Микромир».
Трудами прежде все Вернера Гейзенберга (1925г.) и Эрвина Шрёдингера
(1926г.) был осуществлён последовательный переход от основных законов
классической физики к постулатам и математическому аппарату новой,
«квантовой механики». Наличие «кванта действия» в атомных явлениях - один
из постулатов новой теории. Постулировались новый способ задания состояния
(с помощью «волновой функции») и общий закон (уравнение) для определения
волновой функции по заданным силам. Это уравнение заменило второй закон
Ньютона, оно подобно волновому уравнению теории колебаний в механике, а
волновые функции стационарных состояний внутриатомных движений электрона по
виду своему подобны трёхмерным стоячим волнам механических колебаний.
Однако, отвергнув способ задания состояния обычной механики и,
соответственно, представление о непрерывной траектории движения, квантовая
теория не предложила простой альтернативы в виде волнового движения.
Волновые функции не являются вещественными волнами (волнами в «обычном»
понимании), они не описывают распределение вещества электрона при
осуществляемом им движении.
Неприменимость законов обычной механики и описание движения на основе
новых законов приводит нас к признанию того, что высокая точность
рассмотрения и проявление при этом минимального кванта действия
обнаруживают глубинные свойства движения как некоторый «новый мир»,
отличный от привычного нам мира крупномасштабных, непосредственно
наблюдаемых явлений. Соответственно используются термины микромир,
микродвижение, микрочастица.
2.1.3. Истолкование квантовомеханического описания. Целостность
микродвижения и вероятностное описание проявлений потенциальных
возможностей.
Волновая функция и другие новые понятия квантовой теории выражают
свойства микродвижения, существенно отличные от «обычных» (наглядных
классических) свойств. Одним из исходных и важнейших положений концепции
дополнительности при истолковании квантовых закономерностей является
положение о том, что микродвижение обладает неделимой цельностью,
обусловленной квантом действия и проявляющейся в дискретности и дуализме:
«Главное содержание урока, преподанного нам развитием атомной физики,
состоит в признании свойства цельности и неделимости квантовых процессов,
обнаруженного благодаря открытию кванта действия» [3, стр.11].
В соответствии с концепцией дополнительности, микродвижение в своей
цельной индивидуальности представляет собой «нечто», не являющееся ни
просто корпускулярным движением, ни просто волной, но обладающее целостной
двуединой сущностью (подобие кентавра) с потенциальными возможностями
проявить свои корпускулярные, либо волновые свойства. Двуединая
корпускулярно-волновая сущность атомных явлений демонстрирует «.
свойственную атомным процессам черту цельности, идущую гораздо дальше
старой идеи об ограниченности материи. Стало ясно, что свойственное
классическим физическим теориям наглядное описание представляет
идеализацию, применимую только к явлениям, которые удовлетворяют условию,
что все величины размерности, действия, встречающиеся в их анализе,
настолько велики, что по сравнению с ними квантом действия можно
пренебречь» [3, стр.140]. Согласно истолкованию концепции дополнительности,
«Существование элементарного кванта действия выражает новое свойство
индивидуальности физических процессов, совершенно чуждое классическим
законам механики и электромагнетизма» [3, стр.33]. Двуединая сущность
микродвижения с потенциальной возможностью проявления и в виде
корпускулярного движения, и в виде волны противоречит нашим устоявшимся,
традиционным наглядным представлениям о движении: «. классическое
физическое явление покоится на требовании неограниченной возможности
подразделять явление; но это требование явно несовместно со свойством
цельности типичных квантовых явлений» [3, стр.135].
Явления «выражают себя» и познаваемы проявлениями своих потенциальных
возможностей. Эти явления в совокупности образуют содержание явления.
Проявления микродвижений предстают при физических взаимодействиях, включая
измерения, эксперименты. Наличие кванта действия предопределяет, что
воздействием на микрообъект при взаимодействии в принципе нельзя пренебречь
(размерность «действия» есть произведение энергии на время, так что
величина действия характеризует взаимодействие с системой). Соответственно
этому, в концепции дополнительности осуществляется отказ от классической
абсолютизации свойств «явления как такового», имеет место осознание того,
что «. на квантовом уровне точности свойства предмета не существуют
отдельно в самом предмете, а являются потенциальными возможностями,
проявляющимися тем или иным образом в зависимости от системы, с которой
предмет взаимодействует» [4, стр. 698]. Иными словами «. внутренние
свойства рассматриваются как вполне определённая возможность, проявление
которой зависит в такой же мере от системы, с которой взаимодействует
объект, как и от него самого» [4, стр.162]; «. объект представляет собой
нечто, обладающее лишь не полностью определёнными возможностями, которые
проявляются при взаимодействии объекта с соответствующей системой» [4,
стр.170].
Взаимодействие прибора (субъекта, наблюдателя) с квантовой системой
предстаёт как частный случай взаимодействия системы (объекта) с окружением.
Находит решение проблема измерений, наблюдений и субъектности знания при
высокоточном анализе. При этом Бор впервые чётко указал на то, что «. как
бы далеко ни выходили явления за рамки классического физического
объяснения, все опытные данные должны описываться при помощи классических
понятий. . Экспериментальная установка и результаты наблюдений должны
описываться однозначным образом на языке классической физики» [3, стр.60].
Образы корпускулы и волны каждый сам по себе неадекватны микродвижению. В
то же время других наглядных образов у нас нет, поскольку такие образы
соответствуют лишь непосредственно наблюдаемым движениям. Поскольку
экспериментальные измерения неизбежно выражаются величинами и понятиями
классики, то микродвижение, представляемое новыми понятиями (прежде всего -
волновой функцией), неизбежно, своими физическими проявлениями, должно
описываться на языке классических понятий.
Возникает парадоксальная ситуация: понятия и образы классики,
макромира неадекватны микромиру, но их употребление необходимо, неизбежно.
Эта ситуация в новой физике находит новое для науки решение. Уясним решение
проблемы на примере важной физической величины - местоположения
(координаты) электрона при его микродвижении. Электрон - элементарная
частица вещества, малая и неделимая. Его микродвижение в атоме -
нетраекторное движение, делокализованное в пространстве атома. Как могут
сочетаться такие несовместимые (с точки зрения обычной механики) свойства?
Квантовая теория нашла неожиданное решение. Одним из законов квантовой
теории является постулат: квадрат волновой функции задаёт вероятность
(плотность вероятности) местоположения электрона. Таким образом, электрон
одновременно обладает совокупностью потенциально возможных локальных
местоположений (координат), причём в каждом из этих местоположений электрон
проявляет себя как единое целое. Каждое потенциально возможное значение
координаты электрона при физических проявлениях (взаимодействиях, включая
измерение координаты) выявляется с определённой вероятностью. Совокупность
этих вероятностей (их распределение, т.е. значения для точек внутриатомной
области) задаётся состоянием микродвижения, т.е. волновой функцией (её
квадратом). Функцию распределения вероятности потенциально возможных
различных местоположений электрона называют электронным облаком. Это облако
вероятности, но не вещественное облако (распределение вещества электрона).
Электронные облака, как и волновые функции, имеют вид, подобный стоячим
волнам. Тем самым описание возможных координат электрона косвенно выражает
делокализацию движения, наличие волновых свойств у микродвижения.
Представление об электронном облаке, придавшее физический
(измеряемый) смысл волновой функции, выявляет глубину своеобразия
микродвижения, этого «нечто», недоступного непосредственному образному,
наглядному истолкованию. Микродвижение с его корпускулярно-волновой
двойственностью ни движением корпускулы (нет траектории), ни движением в
виде волны (имеются лишь волны вероятности). В то же время это движение в
определённой мере обладает как свойствами движения корпускулы (возможность
определённых локальных местоположений), так и свойствами волны (явная
делокализация движения).
Координата электрона предстаёт как случайная величина, предмет
рассмотрения теории вероятностей. Случайная величина принимает численные
значения из набора потенциально возможных, каждое - с определённой
вероятностью. Согласно квантовой теории, не только координата, но и другие
физические величины в общем случае являются случайными, вероятностно
описываемыми. В силу принципиально неизбежной классической фиксации условий
эксперимента при исследовании микродвижения, «. в одной и той же
экспериментальной установке будут, вообще говоря, рассматриваться
наблюдения, относящиеся к разным индивидуальным квантовым процессам»[3,
стр.135]. Индивидуально разных микрообъектов в реальном эксперименте обычно
чрезвычайно много (порядка числа Авогадро), так что вероятностные оценки
отвечают высокой точности описания. Вероятностное описание микродвижения
неизбежно и этим оно принципиально отличается от такового в классической
физике, где вероятности обусловлены неполнотой сведений о системе и
устраняются с увеличением данных о ней. Вероятностные закономерности в
квантовой теории - не вспомогательные и вторичные от динамических, а
первичные. Они предстают как важнейшие закономерности природы.
2.1.4. Соотношение неопределённостей. Принцип дополнительности. Поскольку к
микродвижению неприменимо представление о траектории, то скорость в
квантовой механике определяется иначе, чем в механике классической.
Исходным понятием выступает импульс, который определим по волне де-Бройля
(Рх= h/?, простоты ради рассмотрим одномерное движение вдоль оси Х).
Скорость определяется по импульсу: Vx= Px/m. Свободному движению (Px=
const, силы отсутствуют) отвечает волновая функция в виде монохроматической
волны де-Бройля (определённое значение ?), распространяющейся в направлении
импульса. В силу соответствия Px= h/?, ?=h/Рх, вероятности возможных
значений импульса электрона одновременно представляют вероятности возможных
длин (частот) монохроматических волн. Импульс электрона выступает в
качестве характеристики волновых свойств микродвижения. Свободное
микродвижение электрона обладает чисто волновыми свойствами, что имеет
экспериментальные подтверждения, на этом основана электронная микроскопия.
В теории вероятностей для случайной величины рассчитывают среднее
значение и «неопределённость» - характеристику отклонения («разброса»)
величины то своего среднего значения. При измерениях это «точность».
Обозначим неопределённости для координаты, скорости, импульса через ?х,
?Vx, ?Рх соответственно. Математический аппарат квантовой теории позволяет
по волновой функции вычислить средние значения и неопределённости для
физических величин. Для стационарных состояний вероятности значений
физических величин, их среднее значение и неопределённости являются
постоянными.
Из основных законов квантовой теории выводится важная общая
закономерность, закон природы:
?х*?Px™ ?, или ?х*?Vx™ ?/m (?= h/2?).
Из соотношения следует, что совместно, одновременно неопределённости
координаты и импульса (скорости) нулевыми быть не могут и чем меньше
неопределённость одной величины, тем больше неопределённость другой.
Приведённое соотношение называется соотношением неопределённостей
(«соотношение Гейзенберга», по имени установившего его физика). Оно
является математическим выражением дуализма, корпускулярно-волновой
двойственности, этой наиболее характерной особенности микромира. Чем более
чётко проявляются свойства корпускулы (малые ?х), тем более неопределёнными
выступают волновые свойства (большие значения ?Рх, т.е. большой «разброс»
значений для ?). Для каждого микродвижения характерны свои значения ?х и
?Рх, имеет место определённое соотношение между корпускулярными и волновыми
свойствами.
Соотношение неопределённостей позволяет уяснить основания
ограниченной применимости образа непрерывной траектории, справедливого лишь
для макроскопических масс при невысокой точности измерений. Действительно,
для электрона (m= 9,1*10-31кг.) отношение ?/m ~ 10-4м2/с. Точность
измерения х для электрона в атоме должна быть не менее 10-10м (линейные
размеры атома). При этом ?Vx™ h/m*?x~ 106м/с, что соизмеримо со средней
скоростью внутриатомного движения электрона. Таким образом, ?Vx очень
велико и недопустимо представление об одновременно достаточно определённых
координате и скорости. Иной оказывается ситуация для макроскопических
частиц (даже при такой малой массе, как m=10-15кг, ?/m~ 10-19м2/с).
Ограничение на произведение ?х*?Vx становится слабее и легко установить,
что невысокая точность измерений одной из величин сочетаема с подобной же
или более высокой точностью измерения второй. Таким образом, допустимо
представление о совместно существующих определённых местоположении и
скорости.
Отмеченная закономерность для применимости представления о траектории
при грубых измерениях является одним из проявлений «принципа соответствия»:
при определённых условиях (в самом общем случае - возможность пренебречь h)
становятся применимыми законы классической физики.
В соответствии с концепцией дополнительности, процедура измерений
изменяет состояние микродвижения. Это изменение непосредственно обусловлено
наличием минимального кванта действия h. Подобно ситуации с представлением
о траекторном движении, и представление классической физики о
принципиальной пренебрежимости влиянием процедуры влиянием процедуры
измерений соответствует невысокой точности измерений, когда можно
пренебречь квантом действия h. При высокой точности измерений и малой массе
микрочастиц «. взаимодействие между атомными объектами и измерительными
приборами составляет неотъемлемую часть квантового явления» [3, стр.12].
Крушение обычных наглядных физических представлений проявляется в
невозможности описать «свойства атомных объектов независимо от условий их
наблюдения» [3, стр.134].
Анализ влияния процедуры измерения осуществим на основе соотношения
неопределённостей. При измерении местоположения электрона в стабильном
атоме необходим специально сконструированный эксперимент. В каждом акте
измерения состояния микродвижения изменяется так, что ?х> 0 и, в
соответствии с соотношением неопределённостей, при этом ?Рх> ?. По
совокупности массовых измерений (а мы всегда имеем дело с громадной
совокупностью идентичных атомов) получаем набор различных местоположений
электрона с частотой проявления каждого значения в соответствии с
вероятностными оценками квантовой теории. Выявляемый при этом «разброс» ?х
определяется свойствами измеряемого микродвижения, но не обусловлен
процедурой измерения (при её достаточном совершенстве). «Электрон,
взаимодействуя с аппаратурой, измеряющей его координату, создаёт в ней
классически измеряемое состояние, эквивалентное тому, которое создавала бы
классическая частица, локализованная в малой области» [4, стр.697].
(Измеряемым состоянием может быть малое пятно на фотопластинке).
Основываясь на соотношении неопределённостей, Бор обосновал вывод о
том, что в одной процедуре измерений (одним прибором) в принципе нельзя
исследовать, измерить как корпускулярные, так и волновые свойства
микродвижения. При измерении координаты электрона (?х> 0, ?Рх> ?)
исключаются какие-либо данные об его импульсе и, наоборот, при измерении
импульса (исследование волновых свойств) исключаются данные о
местоположении (?Рх> 0, ?х> ?). Электрон в состоянии микродвижения, этот
«кентавр», обладающий двуединой сущностью, проявляет свои свойства так, что
корпускулярный и волновой аспекты микродвижения «подобны двум сторонам
одного предмета, которые никогда нельзя увидеть одновременно, но которые,
однако, нужно осмотреть по очереди, чтобы полностью описать этот предмет».
Сочетание несочетаемых (при грубом рассмотрении) образов и свойств
находит своё истолкование при введении ключевого понятия «дополнительность»
(Нильс Бор, 1927г.). В соответствии с соотношением неопределённостей,
вероятностно задаваемые корпускулярное описание (его характеристика ?х) и
волновое описание (его характеристика ?Рх) выступают как два языка,
используемые совместно, но не одновременно. Совместность использования двух
языков соответствует тому, что они не исключают друг друга (как это было
при классическом рассмотрении), а фактически взаимно дополняют друг друга в
целостном описании квантового явления. В соответствии с истолкованием Бора,
описания с помощью одного и другого взаимно противоположных образов именно
своей взаимной дополнительностью лишь позволяют создать полное, цельное
представление о наглядно непредставимом микродвижении. «Только поскольку
электрон способен приводить к классически описываемым результатам, можно
приписать ему какую-то определённую модель, но так как результаты, которые
он может вызвать, настолько различны, то в разные моменты необходимы
взаимно дополнительные модели волны или частицы» [4, стр.698].
Квантовая теория приводит к «сочетанию несочетаемого» («кентавр»): «.
логически несовместимое в классике допускает совмещение в квантовой
картине» [2]. По Бору противоположности - есть дополнительности: описание,
использующее противоположные понятия, позволяет достигнуть глубокого,
тонкого и полного отображения реальности. «Неделимость типичных квантовых
эффектов проявляется в том, что всякая попытка подразделить явления требует
изменения экспериментальной установки. данные, полученные при разных
условиях опыта, не могут быть охвачены одной-единственной картиной; эти
данные должны скорее рассматриваться как дополнительные в том смысле, что
только совокупность разных явлений может дать более полное представление о
свойствах объекта» [3, стр. 60-61].
Принцип дополнительности был сформулирован Бором первоначально как
определённое осознание корпускулярно-волновой двойственности микродвижения.
Позже Бор применил его к анализу социокультурных явлений, обращая внимание
на то, что «никакое сложное явление нельзя описать с помощью одного языка».
Со временем принцип стал широко применяться в качестве общего принципа
познания. Можно сказать, что принцип дополнительности - сжатое выражение
философского, общекультурного значения квантовой теории. Имея в виду
возможность широкого применения принципа дополнительности Бора, позволим
себе сформулировать его в такой форме: достаточно полный и тонкий анализ
явлений природы возможен лишь при совместном использовании взаимно
противоположных понятий, которые при этом не исключают, а взаимно дополняют
друг друга, создавая в совокупности целостное описание. Под явлениями
природы можно понимать явления как неживой, так и живой природы, в
частности, человеческие типы и характеры, взаимоотношения между людьми и
поведение человека.
2.2. Концепция дополнительности и общекультурное значение квантовой
теории. Применение при анализе творчества классиков литературы.
2.2.1. Концепция дополнительности и основания сближения естествознания с
гуманитарным знанием.
Постклассическая наука уяснила и преодолела грубый, упрощённый
характер науки классического периода. Более точное, тонкое миропонимание
нового естествознания сблизило его с гуманитарным знанием, обладавшим в
ряде областей тонким проникновением в глубинный смысл явлений, недоступный
непосредственному созерцанию. Это позволило преодолеть разобщённость двух
составляющих целостной культуры цивилизации. Происходит их взаимное
обогащение: «. «внешний мир», который изучает естествознание, постепенно
перестаёт быть внешним. Поэтому различие гуманитарных и естественных наук,
столь резкое в эпоху Просвещения, понемногу сглаживается. Происходит
гуманизация естествознания и его включение в орбиту интересов гуманитарных
наук» [1, сд.232].
Сущностный характер сочетания дуальных качеств при тонком,
«глубинном» анализе и описании явлений общественной жизни и духовного мира
в целом - известная в искусстве и гуманитарном знании закономерность.
Глубокие произведения литературы не являются созерцательным отражением
«реальности», но проникают в «глубинный смысл» жизни, тонко анализируют,
как бы «препарируют» духовный мир человека. Парадоксальный дуализм -
достаточно характерная черта глубоких произведений искусства.
Тот факт, что в современной науке сочетание дуальных качеств
предстаёт в качестве универсальной закономерности, на наш взгляд,
представляет интерес не только для естественнонаучного, но и для
гуманитарного знания. Сама последовательность логических рассуждений, стиль
мышления квантовой физики и концепция дополнительности предстают в
значительной мере полезным образцом, допускающим аналогии в гуманитарной
области, при рассмотрении более сложных явлений. В этом проявляется
общекультурное значение квантовой теории. В целом же подход, допускающий
взаимно-дополнительное сочетание противоположных качеств явления,
выражаемых дуальными понятиями, соответствует культуре мышления,
отвечающего высокоточному рассмотрению явлений природы.
Явления, составляющие содержание и выражающие творческий замысел
высокохудожественного литературного произведения, значительно сложнее
движения электрона в атоме и других явлений, рассматриваемых в физике.
Сложность и иная природа литературных феноменов предопределяет
неприменимость математического описания и возможность сопоставления с
квантовыми явлениями лишь по аналогии, разной степени глубины, но в целом
ограниченной. В то же время преложенная концепцией дополнительности общая
схема анализа «тонко» рассматриваемых явлений имеет широкую применимость.
Закономерности познания, выражаемые концепцией дополнительности,
проявляются в «живой ткани» глубоких по своему содержанию литературных
произведений. Как и реальный человек, так и персонаж такого произведения
литературы - это «нечто», требующего определённого вербального раскрытия.
«Нечто» как объект высокоточного анализа рассматривается в своей
целостности, с определённым сочетанием потенциально возможных свойств,
качеств. Целостная система высокохудожественного произведения формируется
авторским видением мира, явными, а подчас также и скрытыми целями автора.
Парадоксальная двойственность литературных персонажей в своей конкретике
определяется целостной системой произведения. Замысел художника,
вкладываемый им в своё творение духовный смысл, выступают основанием,
первоосновой целостности тонко раскрываемых жизненных явлений и персонажей.
Автор, осуществляя свой замысел, открывает читателю (при его участии)
ту или иную сторону описываемых жизненных явлений и характеров персонажей.
Этот процесс можно рассматривать как аналогичный взаимодействию прибора с
атомом при измерении физических параметров микродвижения. Автор как бы
«разворачивает» последовательность проявлений, раскрывающих всю сложную
гамму «потенциальных возможностей». Подобно ситуации в «микромире», и в
гуманитарной сфере, литературе и литературоведении, проявления выражаются
понятиями и образами непосредственных, наглядных представлений, они
определяются непосредственными наблюдениями и житейской практикой.
Логический аспект составляет существо принципа дополнительности как
общего принципа познания: наше мышление, осуществляемое по законам
аристотелевой логики («да-нет», закон исключенного третьего), позволяет
установить и описать явления природы, глубинные основы которых не
подчиняются законам этой логики. Принципу дополнительности отвечает
«неаристотелева» логика: «и да, и нет», «и одно, и другое». Квантовый
анализ и концепция дополнительности приводят к осознанию того, что «.
Природа живёт и действует по гораздо более сложной логике, чем аристотелева
логика мышления человека» [2]. Логика нашего мышления основана на
использовании различных дуальных понятий, противоположных и взаимно
исключающих друг друга. Для механики имеется одна дуальная пара -
корпускулярное движение и волна. Для сложных явлений возможно многообразие
дуальных пар. Например, такие дуальные и взаимно-дополнительные качества,
глубинно присущие природе поведения человека: любовь и коварство,
безрассудство и страх, искренность и коварство. Существенно, что взаимная
дополнительность понятий дуальной пары гуманитарной сферы раскрывает и
увеличивает содержательность противоположных понятий, которые, в отличие от
понятий физики, не имеют строгих определений.
В связи с высказанными положениями сошлёмся на глубокие наблюдения
Даниила Данина, пропагандиста кентавристики, писателя, влюблённого в Нильса
Бора и его принцип дополнительности: «Ни к самой нашей эпохе, ни к
человеческой жизни, волей случая с нею совпадающей - ладящей или
враждующей, не подобрать всеохватывающего эпитета. Тут нужны, одновременно
записанные по кругу - чтобы не найти ни начала, ни конца! - все
одухотворяющие эпитеты и все обесчеловечивающие эпитеты. Нужно сочетание
несовместимостей. Таких, как жизнелюбие и уничтожение, преданность и
предательство, человечность и скотство, счастливость и бедственность.
Словом, тут нужен принцип дополнительности Нильса Бора. Только в такой
дополнительности - вся полнота правды о жизни человека в нашей истории» [5,
стр.46].
Самые основы постклассической науки, концепция дополнительности как
важная составляющая этих основ, формирует культуру мышления, которая может
быть определена как культура толерантного мышления. Усвоение и внутренне
принятие идеологии дополнительности могут послужить определённым базисом
для воспитания толерантного мышления и поведения, так необходимых нашему
обществу. Это должно способствовать преодолению догматизма и абсолютизации
«непререкаемых истин», неоправданной категоричности суждений и оценок,
стремления всё разложить по принципу чёрное-белое. Такое мышление
необходимо для стремления к «гармонизации разнообразия» (Г.А.Асмолов),
формирования навыков определённой «гибкости» и поиска компромиссов в
суждениях о нашем сложном мире.
2.2.2. Пример анализа произведений литературы.
Не ставя целью осуществить достаточно серьёзный анализ применения
принципа дополнительности и всей концепции комплементарности к
рассмотрению творчества писателей и отдельных произведений, ограничимся
небольшими иллюстрациями в отношении «парадоксальности глубинного смысла».
Был рассмотрен рассказ Леонида Андреева «Иуда Искариот». Это сложный,
многозначный рассказ писателя-символиста, необычайно глубокого, чуткого к
сложным духовным проблемам, обращённым к совести человека.
Согласно Евангелию, предательство Иуды состояло в том, что он продал
Иисуса, предал его на казнь из-за денег. Дальнейшая судьба Иуды изложена
лишь в Евангелии от Матфея: «Тогда Иуда, предавший Его, увидев, что Он
осуждён и раскаявшись, возвратил тридцать Сребреников первосвященникам и
старейшинам, говоря: согрешил я, предав кровь невинную. И, бросив
сребреники в храме, он вышел, пошёл и удавился».
В рассказе Л.Андреева предательство иуды предстаёт в трактовке,
далёкой от библейского сюжета и более полной. Уже в описании внешности,
лица Иуды проявляется двойственность личности главного героя рассказа
Андреева. Полон противоположностей и характер Иуды: он одновременно не
только корыстолюбив, зол, насмешлив, склонен ко лжи и предательству, но и
умён, доверчив, чуток и даже нежен. В образе Иуды автор совмещает два,
казалось бы, несовместимых характера, внутренних мира. Во всей глубинной
дополнительности в характере Иуды проявляются «кентавры» - преданность и
предательство, любовь и коварство. По Андрееву, Иуда совершил предательство
вовсе не из-за денег, в душе и мыслях Иуда подверг сомнению всемогущество и
чудотворство Иисуса, возжелав убедиться в них, увидеть чудодейственную
силу. Предана была необсуждаемая, не подвергаемая сомнениям и испытаниям
(проверке), «чистая» вера. Иуда провоцирует испытание, своего рода
эксперимент, в виде казни, которую Иисус сумеет, по мысли Иуды, избежать.
Совершив это святотатство, Иуда в то же время глубоко и искренне любит
Иисуса и вовсе не желает ему смерти.
Свою любовь к Иисусу иуда доказывал многими конкретными действиями.
Например после проповеди в одном иудейском селении, когда враждебно
настроенная толпа была готова побить Иисуса камнями, Иуда, «охваченный
безумным страхом за Иисуса, . яростно и слепо бросался на толпу, грозил,
кричал, умолял и лгал, и тем дал время и возможность уйти Иисусу и
ученикам».
«Одною рукой предавая Иисуса, другой рукой Иуда старательно пытался
расстроить свои собственные планы. Он не отговаривал Иисуса от последнего
опасного путешествия в Иерусалим. Но настойчиво и упорно предупреждал он об
опасности и в живых красках изображал грозную ненависть фарисеев к Иисусу,
их готовность пойти на преступление и тайно или явно умертвить пророка из
Галилеи». Перед окончательным своим решением и уходом к первосвященникам
Иуда мысленно обращается к Иисусу: «Велика тайна твоих прекрасных глаз, но
разве моя - меньше? Повели мне остаться!.. Но ты молчишь, ты всё молчишь?
Господи, Господи, затем ли в тоске и муках искал я тебя всю мою жизнь,
искал и нашёл! Освободи меня. Сними тяжесть, она тяжелее гор и свинца.
Разве ты не слышишь, как трещит под нею грудь Иуды из Кариота?
И последнее молчание, бездонное, как последний взгляд вечности.
- Я иду».
«Да! Целованием любви предаём мы тебя. Голосом любви скликаем мы
палачей из тёмных нор и ставим крест - и высоко над теменем Земли мы
поднимаем на кресте любовью распятую любовь», - «гремело и выло тысячью
буйных и огненных голосов» внутри Иуды после предательского поцелуя. До
последнего мгновения надеясь на спасение Иисуса, проявление его чудотворной
силы, Иуда испытывает муки любви и страданий, наблюдая как истязают,
допрашивают Иисуса, готовят казнь. И когда надежды Иуды не оправдались и
Иисус погиб у него на глазах, Иуда, предавший веру, во всемогущество,
воскресение и покаяние, заканчивает жизнь самоубийством, повесившись на
дереве над пропастью - для надёжности (обрыв символичен, как и многое в
рассказе). Парадоксальное сочетание, взаимная дополнительность чувств
мастерски представлены Андреевым как источник глубокой драмы Иуды,
завершившейся трагичным финалом. Несомненно, Леонид Андреев ставил перед
собой задачу глубинного анализа явлений большого масштаба и общественного
звучания, драматических судеб русской интеллигенции и трагедии России.
Соответственно мы предлагаем такой духовный смысл рассказа: недопустимость
социальных экспериментов, порождённых недоверием к святости нравственных
устоев народной жизни.
В качестве второго примера обратим внимание на изучаемого теперь в
школе Фёдора Михайловича Достоевского «. художника и мыслителя, чьё
творчество стало величайшим откровением для человечества, во многом
определило облик литературы 20-го столетия» [6]. Представляется, что
идеология принципа дополнительности является своего рода «ключом»,
открывающим «дверь» в глубины его творчества.
Достоевского «. интересовали глубины познания, где зарождались,
копошились, клокотали и властно требовали выхода не просто
взаимоисключающие душевные порывы, но происходила вся наша духовная жизнь.
Вся, а не диалектические да-нет, можно-нельзя, вперёд-назад» [6, стр.43].
Великий художник слова, Достоевский искал и находил новые возможности для
раскрытия того «нечто», которым является человек, его поступки и душевные
порывы. Своим чутким и тонким анализом он проникал в основы духовного мира
человека и при этом выходил за пределы аристотелевой логики, по существу
использовал логику, соответствующую квантовой теории. По Достоевскому
«Достоинство человека, его право на благополучие, его право на уважение
основаны. на глубине онтологической значительности всякой человеческой
личности. Эта глубина лежит «по ту сторону» добра и зла, разума и глупости,
благородства и низменности, красоты и безобразия; она именно глубже,
первичнее, более первозданна, чем все эти определения» [6, стр.154].
«Достоевский знал, что идеал и натура человеческая несовместимы, что «Я»
препятствует этому. Без двойственности нет полноценного человека, а одно
лишь великое самомнение» [6, стр.86]. В произведениях Достоевского нашло
яркое воплощение существо принципа дополнительности: взаимоисключающиеся
понятия, представления о человеке, его духовном мире, при проникновении и
более глубоком раскрытии этого мира предстают взаимно-дополнительно
совместимыми. При этом выявляется «парадоксальность глубинного смысла»
(выражение самого Достоевского).
Рассмотренные представления были применены к анализу изучаемого в
школе романа Ф.М.Достоевского «Преступление и наказание». Было уяснено, что
основное содержание романа подчинено задаче раскрытия парадоксального
сосуществования противоположных качеств «внутри» человека, в его душе.
Имеет место сочетание в душе человека совести и идеала, благородства,
добра, с одной стороны, и подлости, эгоистичной корысти, зла, с другой.
Духовный смысл романа представляется следующим: спасение человека не вовне,
но в нём самом; вопреки «внешним» победам безнравственности и зла, основа и
опора души, духовной жизни человека в нравственности и добре. Принцип
сочетания несочетаемых качеств проходит галерею образов романа, начиная с
образа его главного героя - Раскольникова.

3.Выводы.

3.1. Анализ приводит к выводу, что наиболее важные, характерные
особенности постклассической науки имеют своим обоснованием общие
закономерности квантового описания движения, истолкованные концепцией
дополнительности.
3.2. Парадоксальный дуализм свойств, качеств, характерный для явлений
при их высокоточном («тонком») анализе, получает истолкование в концепции
дополнительности на основе идеи о раскрытии целостности явлений взаимно-
дополнительным сочетанием дуальных свойств.
3.3. Усвоение и внутреннее принятие идеологии дополнительности могут
послужить определённым базисом для воспитания толерантного мышления и
поведения.

4. Литература.

1. Никита Моисеев, «Расставание с простотой», М., АГРАФ, 1998г., 473с.
2. В.Г.Багров, «Открытие неклассической логики поведения квантовых объектов
- одно из удивительных достижений современной физики», Соросовский
образовательный журнал, том 6, ?7, стр. 72-78, 2000г.
3. Нильс Бор, 2Атомная физика и человеческое познание», М., Издательство
иностранной литературы, 1962г., 152с.
4. Давид Бом, «Квантовая теория», М., ГИФМЛ, 1961г., 728с.
5. Даниил Данин, «Бремя стыда», М., Раритет-537, 1997г., 560с.
6. И.И.Гарин, Многоликий Достоевский, М., ТЕРРА, 1997г., 396с.