И способы его интерпретации

Первым, кто показал уникальную возможность света быть представленным одновременно как в виде волны, так и в виде частицы, а также описал свойства электрона как частицы и как вероятной волны, был Луи де Бройль. После большого количества предположений относительно свойств материи в виде волны было проведено немало доказывающих эту идею экспериментов. Интересным является тот факт, что ранее упомянутый Джон Томсон, показавший, что электрон является частицей, должен был завоевать Нобелевскую премию вместо выступающего против него сына Джорджа Томсона, который утверждал, что электрон является волной^[116].

Квантовая теория в известной нам форме появилась в 1925 г. в качестве «матричной механики» Гейзенберга и в 1926 г. в качестве «волновой механики» Эрвина Шредингера. Две эти независимые теории были сведены в единую теорию Полем Адриеном Морисом Дираком^[117]. С этого момента развитие физики в области субатомного мира стало еще более интересным. Одним из важнейших этапов развития теории стало появление принципа неопределенности Гейзенберга. Шредингер рассматривал атом в качестве системы волн, вращающихся вокруг ядра. Уравнение Шредингера позволяет нам оценить положение электрона только в рамках вероятности. (Это не вероятность, выведенная во время наблюдения; мы считаем, что частица находится в определенном месте.) Бор также считал, что частица и волна являются двумя различными формами одного типа существования. Гейзенберг полагал, что предыдущие высказывания содержат недостатки, однако являются абсолютно верными. Он завил, что благодаря проведенным границам введенного им в научный оборот принципа неопределенности, противостояние теряется^[118]. Согласно принципу неопределенности Гейзенберга, нам не предоставляется возможности высчитать точную скорость и координаты частиц на атомном уровне. Согласно положениям этого принципа, даже если бы мы обладали знаниями о местоположении частиц, то и тогда мы не могли бы знать их скорость. И, наоборот, если бы мы обладали знаниями о скорости частиц, то тогда не могли бы знать их местоположение^[119]. Классическая физика отвергает этот принцип. Ибо, в классической физике, обладая информацией о механическом моменте (скорости) и местоположении предмета, мы можем с легкостью посчитать, где он будет находиться через некоторое время. Противоречащая классической физике неопределенность относительно скорости и координат проявляется и при распаде радиоактивных элементов. Мы можем знать, когда произойдет распад половины радиоактивных атомов, но мы не можем с точностью предположить, когда произойдет распад определенного атома^[120].

Принцип неопределенности показывает, что структура Вселенной не является детерминистической, хотя содержит «онтологическую вероятность», неопределенность и индетерминизм, но далеко не все ученые и философы интерпретировали ее таким же образом. Мы можем разделить данные различные точки зрения на три группы в соответствии с классификацией Барбура[121].

1. Неопределенность, связанная с нашим невежеством

Те, кто придерживается детерминистической модели Вселенной, считают, что неопределенность субатомного мира не отражает онтологическую реальность. Одними из известнейших представителей этой точки зрения являются Шредингер, Дирак, Планк и Пенроуз. Свое знаменитое высказывание «Бог не играет в кости» Эйнштейн произнес с тем, чтобы показать, что в квантовом мире нет места «онтологической неопределенности»^[122]. Эйнштейн, Подольский и Розен считали, что все теории, касающиеся субатомного уровня, имеют недостатки^[123]. И это является причиной неопределенности, связанной с нашим невежеством. Вероятности квантовой теории не применимы к вероятностям в реальном мире. События реального мира происходят в рамках детерминистических законов. Большое количество деятелей науки, которые разделяют эту точку зрения, рассматривают субатомный мир в качестве макромира и ожидают, что однажды будет найдена математическая формула, которая изобразит все события в рамках законов в рамках детерминизма.

Дэвид Бом провел наиболее важные работы относительно идеи существования «тайных переменных» в субатомном мире (именно из-за отсутствия этих переменных квантовая теория считалась неполной). Его попытки формирования «объективного детерминизма» квантовой теории являются софистическими попытками^[124]. Также необходимо помнить, что подход Бома изрядно отличается от классического детерминизма, и такие особенности, как «удаленное влияние»» и нелокальность, не присущи классическому детерминизму^[125]. Таким образом, хотя известные мыслители считают, что источником неопределенности Вселенной и индетерминизма является наше невежество, после появления квантовой теории философы и ученые, защищающие принципы бытия «объективного детерминизма» во Вселенной, поняли, что должны считаться с идеями научного мира. Импульсом к этому стала квантовая теория. Если исследованный нами ранее метод изучения научных теорий, т. е. метод «классического реализма» будет применен для решения вопроса неопределенности, то можно с уверенностью утверждать, мы получим ощутимые результаты.

2. Неопределенность, связанная с концептуальными и экспериментальными ограничениями.

Источником упомянутой точки зрения не является утверждение об отсутствии неопределенностей или наше невежество вместе с предположением о существовании «тайных переменных» в субатомном мире. Однако надо сказать, что концептуальные и экспериментальные ограничения все же могут стать причинами неопределенности. С другой стороны, мы не знаем ситуацию природной онтологии, т. е., что именно эта точка зрения объясняет «объективный детерминизм» или «объективный индетерминизм». Вне зависимости от того, эпистемологическими или онтологическими являются эти неопределенности, мы будем использовать агностический подход по причине отсутствия другой альтернативы. Последняя точка зрения и является тем взглядом, который мы разделяем. То есть наши ограничения не позволяют нам проникнуть в суть «вещи в себе», и в данной ситуации нам необходимо принять тот факт, что мы можем и не прийти к какому-либо умозаключению относительно того, являются ли эти неопределенности эпистемологическими или онтологическими.

Как и Пенроуз, мы можем надеяться, что однажды нам удастся разгадать загадки квантовой теории, однако то, как это сделать, и то, как избежать вышеуказанных ограничений, остается сложным вопросом^[126]. Как уже ранее было отмечено, для того чтобы иметь возможность наблюдать за электроном, нам как минимум необходим фотон света и микроскоп. При воздействии наблюдателя на объект координаты электрона изменятся. Для самого точного измерения местоположения частицы необходима коротковолновая вспышка света^[127]. Но это повысит энергию частицы и изменит скорость удара^[128]. В данной ситуации не предоставляется возможным понять, каким образом мы можем преодолеть эти ограничения экспериментальным путем. Кроме того, в своих попытках постичь суть субатомного уровня мы также ограничены использованием понятий типа «волна» или «частица». Наши ограничения также связаны с тем, что мы не можем с точностью изобразить суть этого уровня. Соединив экспериментальные и концептуальные ограничения, мы приходим к выводу, что не можем описать суть «атома в себе», в отличие от классической физики, где описание атома имеется.

Можно предположить, что неопределенность, которая возникает в результате наших попыток измерения скорости и координат электрона, является эпистемологической ситуацией, возникшей по причине ограничений. Однако упоминавший о наличии «объективного индетерминизма» во Вселенной Барбур, считал, что в случае распада радиоактивных элементов мы не станем говорить о неопределенности во время вмешательства наблюдателя в процесс. Поэтому нам необходимо принять, что эта несуществующая онтологическая неопределенность выдумана только нами^[129]. Нам кажется, что такой осторожный подход Барбура к этому методу вполне обоснован. Пробел в наших научных знаниях о радиоактивных веществах Барбур заполнил индетерминизмом. Необъяснимый факт в классической механике может быть объяснен как набор вероятностей относительно радиоактивных частиц, а некоторые из них рассматриваются в качестве свидетельства онтологического индетерминизма. Пробелы в знаниях длительное время старались заполнить религиозными, философскими или теологическими идеями. Мы уверены, что для того чтобы утвердиться и получить философскую и теологическую поддержку, этот распространенный субъективный метод подтверждает вывод Барбура о субатомном уровне. С другой стороны, Эйнштейн и его последователи настаивали на том, что во Вселенной обязательно должна быть детерминистическая конструкция, и можно сказать, что источником их метафизического мировоззрения и данных направлений являются предубеждения. В конце концов, необходимо принять во внимание тот факт, что каждая отдельно взятая точка зрения ученого не может являться «научной». Убеждения ученых зависят от философского, теологического, идеологического^[130] и культурного фона, а также от их привычек. И важно помнить, что все это может влиять на интерпретацию ими научных теорий. То есть все объяснения научных вопросов со стороны ученых не могут являться «чистой наукой».

3. Неопределенность как объективный индетерминизм

Согласно данному подходу, нет связи междунеопределенностями, относящимися к субатомному миру, нашим незнанием «тайных переменных» и эпистемологическими проблемами, такими как экспериментальная и концептуальная недостаточность. Неопределенность существует в качестве природной онтологической реальности. В природе не существует ложного индетерминизма, который называют эпистемологическим или субъективным индетерминизмом, в природе существует только реальный, «онтологический» индетерминизм. Эта идея, буквально взорвавшая научный и философский мир, имела ряд расхождений с господствовавшей в начале XX в. ньютоновской физикой и макрофизикой, а также физикой Эйнштейна. Если мы согласимся с тем, что философские взгляды таких влиятельных мыслителей, как Спиноза, Лейбниц, Кант, Маркс, и многих других оказали существенное влияние на процесс понимания детерминизма в области физики, то утверждение о том, что «объективный индетерминизм» является природной структурой, будет принято как со стороны науки, так и со стороны философии.

Концепция «объективного индетерминизма» напрямую связана с проблемой измерения. Основным уравнением квантовой теории называется волновое уравнение Шредингера, которое является вероятностной структурой и дает возможность определить лишь вероятностное местонахождение частицы. Однако в процессе измерения вероятность исчезнет, и мы обнаружим частицу в конкретном месте. Это называется «погашение волновой функции», так как волна во время измерения вероятностной структуры исчезает и можно увидеть частицу в определенном месте^[131]. В результате наблюдений возник необерклианский подход, сделавший акцент на идеях «онтологического индетерминизма», которые не были выведены из вероятностного уравнения Шредингера и детерминизма человеческого разума. Вопреки заблуждению многих, нельзя отнести к понятию вероятности ситуацию, когда перед тем как бросить кости, говорят о вероятности выпадения каждого значения от одного до шести в пропорции 1:6, или когда кости уже брошены, и говорят о вероятности выпадения единицы. В данном случае вероятность, скорое всего, похожа на выпадение числа шесть на костях, как будто бы возможно существование нескольких позиций, словно было выброшено сразу 6 костей (суперпозиция), и мы, собираемся посмотреть на кости и теряем одну из них так, что остается значение только на одной. Здесь индетерминизм «объективных вероятностей» стал причиной распространения толкований необерклианства, относящихся к наблюдениям определенного количества потерянных возможностей.

Согласно положениям «объективного индетерминизма», даже если имеются материальные причины для наблюдения, то «достаточные причины» (sufficient causes) будут отсутствовать^[132]. До эксперимента мы имеем большую часть вероятностей, включающих в себя «суперпозицию», однако в результате эксперимента мы получим только одну позицию. Шредингер, подобно Эйнштейну, полагал, что если мы не считаем, что уравнение является неполным, то вполне возможно, что мы столкнемся с «онтологической вероятностью», которая является одной из основных причин возникновения идей «онтологического индетерминизма»^[133]. Данный подход доказывает, что причиной неопределенности является не наше невежество, а онтологическая ситуация и то, что квантовая теория является самодостаточной теорией.

Неопределенность, появившаяся благодаря квантовой теории, до проведения измерений (до погашения волновой функции) облегчает нам понимание особенностей объективных характеристик измерения, возникшей картины макромира и то, почему данные этой теории противоречат результатам. Один из самых известных примеров на эту тему привел создатель уравнения волновой функции – Шредингер. И этот мысленный опыт известен под именем «кот Шредингера». В закрытый ящик помещен кот, и, таким образом, если квантовое явление осуществится (а именно распад радиоактивных атомов), то разобьется емкость с ядовитым газом и кот погибнет. Согласно копенгагенской интерпретации квантовой теории, до выполнения измерений произойдет смешение «живого» и «мертвого» состояний кота. Это смешение называется суперпозицией. Если кот останется жив, то при открытии ящика он выпрыгнет оттуда. Если бы было сказано о «эпистемологической неопределенности» в квантовой ситуации, то вопросов бы не было, и мы бы раздумывали о некой неопределенности при открытии ящика. Однако существует утверждение о наличии «онтологической неопределенности / вероятности», и в итоге проведенного нами наблюдения произошел «прыжок»^[134]. Мы должны поверить в эту так называемую суперпозицию, когда кот одновременно и мертв, и жив. Шредингер высказал неуверенность по поводу существования такого состояния. Объяснение этого парадокса Бором было следующим: феномены, принадлежащие макромиру (в данном случае это кот) не смешиваются с принадлежащим микромиру квантовым миром^[135]. Однако это объяснение, даже если оно и является верным, не может быть удовлетворительным, так как макромир соответствует классическому и булевому[136] типу логики. А на вопросы, почему для атомного уровня подходит другой тип логики, а также где проходит граница между макромиром и микромиром и как из неопределенно-индетерминистического микромира появился соответствующий нашему здравому смыслу и детерминизму макромир, ответы не даны.