Соотношение прерывности и непрерывности и проблема причинности в микромире.
Частицы вещества (атомы, электроны) традиционно рассматривались только как прерывные – до тех пор пока Л. де Бройль в 1924 г. не выдвинул идею о так называемых волнах материи, согласно которой электрон и другие микрочастицы представляют собой непрерывное материальное образование, волну, длина которой равна h/(mv) . Поскольку старый взгляд на электроны как на корпускулы также сохранялся, то и в отношении вещества, и в отношении поля сложилась одинаково неудовлетворительная ситуация: одновременно и параллельно друг другу существовали два противоположных по своей сути воззрения, причем для объяснения одних эффектов использовалась одна трактовка, а других явлений – другая. Выход был найден в 1926–1927 гг. В. Гейзенбергом и Э. Шрёдингером, создателями квантовой механики, которые указали конкретные математические пути объединения волнового и корпускулярного предоставлений. Философская сторона данной физической теории с самого момента ее зарождения оказалась в центре внимания ученых и возбудила не утихавшие много лет дискуссии. Так, Э. Шрёдингер предложил трактовать электрон, по существу, как непрерывное образование – «волновой пакет». От этого представления, однако, вскоре пришлось отказаться, поскольку выяснилось, что «волновой пакет» не мог бы сохранять стабильность.
С другой стороны, предлагались не менее односторонние представления, сохранявшие за микрочастицами чисто корпускулярный характер, например концепция «волны пилота» де Бройля.Н. Бор попытался объединить корпускулярный и волновой аспекты в «принципе дополнительности». Суть этого принципа в том, что микрообъекты характеризуются взаимоисключающими понятиями волны и частицы, поскольку мы их познаем с помощью двух классов приборов, одни из которых дают знание импульсов и энергий, а другие – пространственно временных характеристик. Либо действие закона причинности, либо существование в пространстве и времени – такова ложная дилемма, вытекающая из этого принципа. Бор противопоставил причинности «дополнительность» и попытался придать своему «принципу дополнительности» значение, далеко выходящее за пределы квантовой механики, предложив применять его даже в других науках. «Принцип дополнительности» противостоит диалектике, так как разрывает противоположные свойства материи, в то время как диалектика настаивает на единстве противоположностей. Этот принцип был подвергнут обстоятельной критике в трудах многих физиков и философов материалистов.
Философские разногласия с не меньшей силой проявились в различных истолкованиях вытекающего из основных посылок квантовой механики «соотношения неопределенностей» В. Гейзенберга: ?р, ?q ? h, где р – импульс частицы, q – ее координата, h – постоянная Планка; ?р есть неопределенность в измерении импульса, ?q – координаты. Так как произведение этих двух величин есть величина постоянная, то при точном определении импульса, когда ?р > 0, ?q > ?, т. е. становится бесконечно большой, и, следовательно, координата – неопределенной. И напротив, при точном измерении координаты импульс становится неопределенным.
Гейзенберг истолковал этот результат следующим образом. Он выдвинул идею «принципиальной наблюдаемости», согласно которой физик может пользоваться только теми величинами и понятиями, которые основаны на измерениях. Микрообъекты мы наблюдать непосредственно, без микроприборов не можем. Следовательно, при описании микрообъектов можно пользоваться только «макропонятиями», в число которых входят координата и импульс.
Но эти понятия не полностью годны для описания микрочастиц, потому что последние взаимодействуют с прибором, и мы не можем исключить влияния прибора на частицу в этом взаимодействии. Гейзенберг сформулировал эту мысль как принцип «неполной контролируемости», который он противопоставил причинности. Отсюда уже был сделан вывод, что соотношение неопределенностей порождается в процессе измерения, т. е. нашего практического воздействия на объект.Оба выдвинутых Гейзенбергом принципа были подвергнуты критике в СССР и на Западе как позитивистские. Безусловно, наше знание должно основываться на опыте, в том числе на измерениях с помощью приборов, но из этого вовсе не следует, что мы не можем создавать специфические понятия, характеризующие непосредственно ненаблюдаемые объекты. Что же касается утверждений о принципиальной невозможности для нас контролировать взаимодействие прибора и частицы, то эта идея носит явно кантианский характер, поскольку ставит принципиальные границы познанию. На деле «соотношение неопределенностей» вовсе не «порождается» измерением и не выражает «пределы» нашего знания. Оно отражает объективные свойства микрообъектов, независимые от нашего измерения и познания. Координата и импульс электрона не могут быть в одно и то же время точно измерены, потому что электрон есть не только частица.
Значительно правее Бора и Гейзенберга в своих философских выводах оказались те ученые капиталистических стран, мировоззрение которых не было свободно от религии, например Иордан, Джине, Эддингтон. Джине приходил к выводу, что электрон обладает «свободой воли». Откуда же эта «свобода воли» у электрона? Конечно, от бога. Эддингтон прямо утверждал, что с тех пор, как было найдено «соотношение неопределенностей», «бог получил прямой доступ в естествознание».
Борьбу против индетерминизма в квантовой механике вели Планк, Лауэ, де Бройль, Эйнштейн и другие виднейшие физики. Особенно велики заслуги в этой борьбе ученых, вставших на позиции диалектического материализма, и философов марксистов.
Одним из первых показал несостоятельность индетерминизма в квантовой механике выдающийся французский физик материалист П. Ланжевен. Попытки истолковать «соотношение неопределенностей» как «крушение детерминизма» и приписывание частицам «свободы воли» Ланжевен метко окрестил «интеллектуальным развратом». Критика индетерминизма в квантовой механике была дана в трудах советских ученых С. И. Вавилова, Д. И. Блохинцева, В. А. Фока, М. Э. Омельяновского и ряда других. В этих трудах было показано, что электроны и другие микрочастицы обладают и корпускулярными, и волновыми свойствами, что они одновременно и прерывны, и непрерывны. Микрочастица не есть частица в том смысле, как ее понимает классическая механика, и поэтому понятия импульса и координаты, выработанные этой механикой для корпускулы, не могут безоговорочно применяться при отображении явлений, представляющих собой диалектическое единство прерывного и непрерывного. Следовательно, квантовая механика и выражающее ее суть «соотношение неопределенностей» свидетельствуют не о невозможности познания микрообъектов и тем более не о «свободе воли» электрона, а о большом шаге вперед в познании сущности микропроцессов и вместе с тем об ограниченной возможности применения понятий, выработанных классической физикой, при познании таких «расплывшихся», «дуалистических» объектов, как электроны и другие микрочастицы. Возникнув как неосознанное применение диалектики к познанию микромира, квантовая механика блестяще подтвердила основные идеи диалектического материализма в новой области знания и в то же время позволила существенно обогатить коренной закон диалектики – закон единства и «борьбы» противоположностей.