Детерминизм Лапласа и неопределённость квантовой механики. Значение детерминизм лапласа в словаре современной физики из книг грина и хокинга Доклад по философии
Лаплас был физиком и практически не занимался философией и тем не менее его вклад в философию очень существенен, может быть даже более существенен, чем некоторых философов и вот почему. В философии существует такая категория вопросов, которые, будучи один раз поставленными, в дальнейшем, не смотря на то, что на них не был дан ясный и окончательный ответ, который притом бы признавался всеми философскими течениями, служат краеугольными камнями всего последующего развития философской мысли.
Таким вопросом был, например, вопрос о том, что первично: материя или дух. Таким же важным вопросом философии является и такой вопрос, который поставил французский физик Пьер Симон Лаплас, о том, всё ли в мире предопределенно предыдущим состоянием мира, либо же причина может вызвать несколько следствий. Как и предполагается философской традицией сам Лаплас в своей книге «Изложение системы мира» не задавал никаких вопросов, а сказал уже готовый ответ о том, что да, всё в мире предопределенно, однако как часто и случается в философии предложенная Лапласом картина мира не убедила всех и тем самым его ответ породил дискуссию вокруг того вопроса, которая продолжается и по сей день. Несмотря на мнение некоторых философов от том, что квантовая механика разрешила данный вопрос в пользу вероятностного подхода, тем не менее, теория Лапласа о полной предопределенности или как её иначе называют теория лапласовского детерминизма обсуждаема и сегодня. Достаточно ввести в поисковую машину интернета слова «детерминизм Лапласа», чтобы убедится в этом.
Ещё одним примечательным фактом я столкнулся во время поисков первоисточника, то есть той части трудов Лапласа, где он затрагивал данную проблему. Однако везде попадались лишь цитаты его высказываний размером в полстраницы. Когда же источник был найден, оказалось что у самого Лапласа на эту тему написано немногим больше. Однако, тем не менее на одной странице он смог раскрыть всю суть проблемы лучше, чем это сделали бы философы в своих многостраничных трактатах. Хотя если быть справедливым философы часто бывают многословные из – за того что им необходимо показать, что свои измышления они взяли не из воздуха, а из строгих логических выводов из постулатов которые базируются на работах предыдущих философов или, в крайнем случае, сами по себе являются достаточно очевидными и никем не оспариваются. Но что непростительно философу, что простительно физику, поэтому в данной работе, прежде чем рассмотреть суть и анализ теории Лапласа мы постараемся рассмотреть те исходные посылки, которыми руководствовался Лаплас для вывода своей теории.
Краткая биография П. С. Лапласа
Понимание того, как Лаплас пришёл к своим выводам невозможно без знания его жизненного пути и обстановки, в которой формировались его взгляды.
Родился Пьер Симон Лаплас 23 марта 1749 г. в семье небогатого фермера в местечке Бомон-ан-Ож в Нижней Нормандии. О детстве и юности Лапласа известно мало. Помещик, у которого его отец арендовал землю, покровительствовал смышлёному мальчику и дал ему возможность учиться в колледже монахов-бенедиктинцев в Бомон-ан-Ож, получив светское образование. Лаплас проявил блестящие способности к языкам, математике, литературе, богословию. Ещё учась в колледже, он получил место преподавателя в военной школе Бомона, где преподавал элементарную математику.
Окончив колледж, Лаплас поступил в университет в городе Кан и готовился там к карьере священника. Лаплас самостоятельно изучал труды Исаака Ньютона и математические работы Леонарда Эйлера, Алексиса Клеро, Жозефа Луи Лагранжа и Жана Лерона Д"Аламбера. Уже тогда Лапласа увлекала, с одной стороны строгая и определённая физика Ньютона, а с другой стороны теория вероятностей, изучающая все проблемы вроде бы с противоположной позиции – позиции неопределённости. Поэтому не случайно первая научная работа Лапласа была связана с математической теорией азартных игр. Для нахождения средних значений случайных величин он предложил «метод наименьших квадратов» (ищется величина, сумма квадратов отклонений от которой минимальна). Метод этот стал одним из важнейших инструментов теоретического естествознания.
Лаплас стал убеждённым последователем Ньютона и поставил перед собой задачу объяснить движение планет, их спутников, комет, океанские приливы на Земле и сложное движение Луны, пользуясь только принципом тяготения Ньютона. Своё убеждение он хотел подтвердить конкретными расчётами. Лаплас отказался от карьеры священника и решил посвятить свою жизнь теоретической астрономии. Осенью 1770 г. Лаплас переехал в Париж. Благодаря поддержке известного ученого Д. Аламбера, Лаплас стал профессором математики в Королевской военной школе в Париже. В 1773 году Лаплас был избран в Парижскую академию наук как адъюнкт-механик. В том же году была опубликована его фундаментальная работа «О принципе всемирного тяготения и о вековых неравенствах планет, которые от него зависят». Лаплас, усовершенствовав теорию Лагранжа, показал, что неравенства планет должны быть периодическими. Последующие работы Лагранжа и самого Лапласа подтвердили их расчёты. Периоды всех планет почти соизмеримы с периодом обращения Юпитера, поэтому их движения сложны и только в первом приближении могут быть описаны законами Кеплера. Лаплас же обнаружил, что сложное движение планет и комет вызвано именно близостью Солнечной системы к гармоничному состоянию.
В работах 1778-1785 гг. Лаплас продолжал совершенствовать теорию возмущений. Её он использовал для анализа движения комет. В 1789 г. Лаплас построил теорию движения спутников Юпитера. Она очень хорошо согласовалась с наблюдениями, и её использовали для предсказания движения этих спутников.
В 1796 году Пьер Симон написал замечательную книгу «Изложение системы мира». В ней он собрал все основные астрономические знания XVIII столетия, не используя ни одной формулы. В ней Лаплас кроме своего теории детерминизма, о которой речь пойдёт ниже, представил также свою гипотезу происхождения Солнечной системы, которая вскоре стала знаменитой.
Лаплас предположил, что Солнечная система рождена из горячей газовой туманности, окружавшей молодое Солнце. Постепенно туманность остыла и под действием тяготения начала сжиматься. С уменьшением её размеров она вращалась всё быстрее. Из-за быстрого вращения центробежные силы стали сравнимыми с силой тяготения, и туманность сплющилась, превратилась в околосолнечный диск, который начал разбиваться на кольца. Чем ближе к Солнцу было кольцо, тем быстрее оно вращалось. Вещество каждого кольца постепенно остыло. Так как вещество в кольце не было распределено однородно, отдельные его сгустки благодаря тяготению начали сжиматься и собираться вместе. В конце концов кольцо из сгустков превратилось в протопланету. Каждая протопланета вращалась вокруг оси, и в результате этого могли образоваться её спутники.
Гипотеза Лапласа просуществовала более ста лет. Физические эффекты «остывания» и «гравитационного сжатия», которыми пользовался Лаплас, являются главными и в современных моделях образования Солнечной системы. В своей книге Лаплас, обсуждая свойства тяготения, приходит к выводу о том, что во Вселенной, возможно, есть настолько массивные тела, что свет не может их покинуть. Такие тела сейчас называют чёрными дырами.
В 1790 г. была учреждена Палата мер и весов. Президентом стал Лаплас. Здесь под его руководством создана современная метрическая система всех физических величин. В августе 1795 г. был учреждён Институт Франции, заменивший Академию. Лагранж избран председателем, а Лаплас - вице-председателем физико-математической секции института. Лаплас начал работу над большим научным трактатом о движении тел в Солнечной системе. Он назвал его «Трактатом о небесной механике». Первый том вышел в 1798 г. Лаплас продолжал много работать. Один за другим выходили тома «Трактата о небесной механике». Он стал членом большинства европейских академий. В 1808 г. Наполеон, уже будучи императором, пожаловал Лапласу титул графа империи.
В 1814 г. Лаплас получил титул маркиза и стал пэром Франции, ему вручили орден Почётного легиона высшей степени. За литературные достоинства «Изложения системы мира» Лаплас был избран в число «40 бессмертных» - академиков секции языка и литературы Парижской академии наук. В 1820 г. Лаплас организовал расчёты координат Луны по формулам его теории возмущений. Новые таблицы хорошо согласовывались с наблюдениями и имели большой успех.
Последние годы жизни Лаплас провёл с семьёй в Аркейле. Он занимался изданием «Трактата о небесной механике», работал с учениками. Несмотря на крупные доходы, жил он очень скромно. Кабинет Лапласа украшали копии с картин Рафаэля. Зимой 1827 г. Лаплас заболел. Утром 5 марта 1827 г. он умер. Последние слова его были: «То, что мы знаем, так ничтожно по сравнению с тем, чего мы не знаем».
Физическая основа идей лапласовского детерминизма
Зародившаяся в XVII веке классическая физика в следующем веке набрала силу и заставила философов изменить взгляд на многие вещи, в частности на понятие «состояние». В ХУШ веке это понятие становится существенным элементом новой картины мира, становление и развитие которой связано прежде всего с развитием аналитической механики как основополагающей дисциплины в естествознании. Предпринимаются попытки перехода к охвату механическим описанием всех сторон действительности. Основой для решения этой задачи стало изложение механики на языке аналитики. Наступил третий период развития классической механики. В этот период развивается и уточняется понятие механического состояния как функции от времени. Это понятие разрабатывается в трудах Эйлера и в особенности Лагранжа. Анализируя работы Эйлера, Лагранжа, Гамильтона, можно сделать вывод, что в аналитической механике, в отличие от механики Ньютона, где понятие «состояние» отражает способ реализации, проявления существования объектов (механических), это понятие стало означать тождественный себе физический объект. Это связано прежде всего с четко выраженной дифференциацией движения, отраженной в непрерывно действующем законе, связывающем положение и скорость системы со временем и позволяющем отождествить систему в любое мгновение.
Кроме того, понятие «состояние» было распространено на Вселенную, что вызывалось представлением о Вселенной как изолированной системе. В этом весьма существенное отличие толкования содержания данного понятия в аналитической механике от его толкования в механике Галилея – Ньютона. Мир Галилея – Ньютона был открытым. Ньютон говорил поэтому т о л ь к о о состоянии отдельных систем, но не о состоянии мира в целом, так как Вселенная представлялась ему неограниченной и бесконечной в пространстве и времени. В связи с выделением состояний отдельных объектов возникла проблема смежности состояний. Если понимать под смежностью непрерывную передачу действия через пространство (действие путем контакта), то в концепции- Ньютона, где господствовала идея дальнодействия, вопрос о смежности не вставал или, в лучшем случае, сводился к отношению сосуществования, которое характеризуется рядоположенностью, как определяет ее М. А. Парнюк.
К этому следует добавить, что были известны также отношения сосуществования во времени, которые конкретизируются в данном случае в виде связи состояний одного объекта в течение времени. Эта связь состояний отражена в уравнениях движения. Пространственное же сосуществование проявляется в связях состояний рядоположенных объектов в один и тот же момент времени.
Г. В. Лейбниц также выделяет состояния только отдельных вещей, но состояния эти вследствие признания их смежности понимаются им во взаимосвязи и взаимодействии в отличие от концепции Ньютона, в которой они только связаны друг с другом. «Все во Посланной. – пишет Лейбниц, – находится в такой связи, что настоящее всегда скрывает в своих недрах будущее, и всякое данное состояние объяснимо естественным образом только из непосредственно предшествующих ему». Исходя из идеи непрерывности, Лейбниц отвергал идею дальнодействия и выдвинул доктрину о непосредственном действии, производимом контактными сипами через некоторого посредника. На основе этих представлений вопрос о смежности состояний решался естественным образом: смежность состояний – необходимое следствие идеи непрерывности и идеи близкодействия. Но в классической механике идея смежности состояний не получила большого распространения из-за господства идеи дальнодействия. Однако для теории поля, как мы в дальнейшем увидим, она имеет большое методологическое значение.
Взгляды Лейбница на взаимосвязь, состояний вещей, которые составляют Вселенную, и на определяющую роль этой взаимосвязи в эволюции Вселенной при экстраполяции понятия «состояние» на Вселенную как целое сыграли важнейшую роль в возникновении лапласовского детерминизма.
Астрономическая основа идей лапласовского детерминизма
Начиная с работ Кеплера астрономия также стала находится в состоянии непрерывного подъема. Кеплер точно показал, что все звёзды и планеты двигаются по строго определённым законам. Ньютон вывел теоретическое обоснование этих законов. Последователи Кеплера и Галлея в своих наблюдениях проверяли теорию практикой и когда наблюдалась несовпадение они высказывали гипотезу и если расчёт был проведён верно, то вскоре по вычисленным данным обнаруживалась новая планета, спутник, астероид и т. д. Таким образом каждое отклонение от строго заданных законов движения только подтверждало эти законы. Естественно возникала мысль а том, что если законы строги и определённы для небесных тел, то наверное также обстоит дело и с телами земными. Тем более что аналогичная попытка, предпринятая Ньютоном, увенчалась успехом и на аналогиях с планетами была построены вся классическая физика. В своей работе Лаплас напрямую приводит успехи астрономии как доказательство того, что всё подчиняется определённым законам:
«Позвольте нам заметить, что прежде, необычный дождь или критическая засуха, наличие кометы с длинным шлейфом, затмения, северное полярное сияние, и вообще все необычные явления бывали расценены как многочисленные символы астрономического гнева. Небо было вызвано, чтобы предотвратить их губительное влияние. Никто не молился, чтобы иметь планеты и солнце, зафиксированные на своих местах: наблюдение скоро сделало очевидным тщетность таких молитв. Но поскольку эти явления, встречаясь и исчезая в длинных интервалах, казались противодействующими порядку природы, предполагалось, что Небо раздражено преступлениями жителей земли, и создало их, чтобы возвестить грядущее отмщение за них. Так возьмём длинный хвост кометы: Комета 1456 ужаснула Европу, уже брошенную в испуг быстрыми успехами Турок, которые только что свергли Византийскую Империю. Эта звезда после четырех вращений возбудила среди нас очень различный интерес. Познание законов системы мира Приобретенное в интервале между появлениями кометы рассеяло страхи, рожденные незнанием истинного отношения человека к этой области; и Галлей, распознав Тождество этой кометы с таковыми, появляющимися в 1531, 1607, и 1682 годах, возвестил Его следующее возвращение в течение конца года 1758 или начала года 1759. Изученный мир, ожидающий с нетерпением это возвращение, которое должно было утвердить одно из самых больших открытий, которые были сделаны в науках, и выполняют прогноз Сенеки, когда он сказал, в разговоре относительно вращений тех звездочек, которые падают от огромной высоты: «день прибудет когда, преследуемым изучением сквозь несколько возрастов, вещи, теперь скрытые выступят с доказательством; и потомство будет удивлено, что истины столь очевидные, вышли из нас». Клеро тогда ручался подвергать анализу возмущения, которые комета имела от воздействий из двух больших планет, Юпитера и Сатурна; после Огромных вычислений он установил его следующее появление в перигелии к началу апреля, 1759 года, которое было фактически проверено наблюдением. Правильность, с которыми выводы астрономии предсказывают движение комет, существует также во всех явлениях.»
Философская основа идей лапласовского детерминизма
В философии трудно выдумать из ничего что-нибудь принципиально новое. Поэтому неудивительно, что для идей лапласовского детерминизма философская основа была заложена ещё в античности. Так у Фалеса и его последователей прослеживалась чёткая направленность на теорию замкнутости вселенной. Фалес утверждал, что всё произошло из воды и должно вернуться в воду. По его теории испарения от воды питают небесные огни – солнце и другие светила, затем во время дождя вода опять возвращается и переходит в землю в виде речных отложений, в дальнейшем из земли снова появляется вола как подземные ключи, туманы, росы ит. д. Его последователи перебрали все остальные стихии, но учение о замкнутости вселенной оставалось неизменным. Затем ему на смены пришло учение о бесконечности вселенной, а о замкнутости вновь заговорили только в начале 18-го века. Ещё один исходный философский пункт для учения о детерминизме Лапласа обозначил Аристотель в своей теории об энтелехии. Под энтелехией Аристотель понимал достигнутые результат, цель движения, завершение процесса. Каждое бытие по Аристотелю содержит в себе внутренние цели. Благодаря цели, заключённой в предмете, результат находится в бытии для его осуществления, когда процесс закончился и движение достигло своего завершения, цели развития. Это учение уже практически предвосхищает мысль Лапласа о том, что следствие из объекта уже заложено в самом объекте. В средневековье античные идеи позабылись но с наступлением возрождения они стали проявляться с новой силой, а начиная с 17-го века и обогащаться новыми. Так в первой половине 18-го века французский философ Жульен де Ламетри выпустил свое знаменитое сочинение «Человек-машина», в котором показал, что люди являются искусно построенными машинами и их можно изучить, опираясь только на законы механики с их строгой причинно следственной связью. Таким образом и по философской части фундамент для учения Лапласа был построен.
Содержание теории лапласовского детерминизма
На этих трёх основании Лаплас и выдвинул свою теорию. Согласно ней каждой последующее состояние является следствием предыдущего и более того, существует теоретическая возможность просчитать любой событие исходя из предыдущего состояния и законов механики.
«Современные события имеют с событиями предшествующими связь, основанную на очевидном принципе, что никакой предмет не может начать быть без причины, которая его произвела... Воля, сколь угодно свободная, не может без определенного мотива породить действия, даже такие, которые считаются нейтральными... Мы должны рассматривать современное состояние Вселенной как результат ее предшествующего состояния и причину последующего. Разум, который для какого-нибудь данного момента знал бы все силы, действующие в природе, и относительное расположение ее составных частей, если бы он, кроме того, был достаточно обширен, чтобы подвергнуть эти данные анализу, обнял бы в единой формуле движения самых огромных тел во Вселенной и самого легкого атома; для него не было бы ничего неясного, и будущее, как и прошлое, было бы у него перед глазами... Кривая, описываемая молекулой воздуха или пара, управляется столь же строго и определенно, как и планетные орбиты: между ними лишь та разница, что налагается нашим неведением.»
В качестве примера проведём мысленный эксперимент: возьмём 2 больших ящика, в одном сидит человек, а в другом находится человек и 2 шара – чёрный и белый. Человек в первом ящике тянет руку во второй ящик и нащупывает там шар. Для него единственно верный вывод о том, какой шар он держит будет таков: «По теории вероятностей в 50 % случаев я держу в руках белый, а в 50 %- черный шар». А вот для человека в другом ящике (если там конечно достаточно светло) будет совершенно ясно и очевидно что первый человек взялся рукой за белый (или чёрный) шар.
Тут конечно можно возразить, что не всегда бывает так, иногда у нас имеется определенная причина, из которой может вытекать несколько следствий. Например, возьмём футбольный матч: вначале матча известны составы команд, опытный зритель знает, на что способен каждый из них, известно также, насколько хорош тренер, кто будет судить и т. д. И тем не менее результат матча- случайное событие и максимум, что мы можем сделать это поставить вероятность с какой выиграет эта команда а с какой – проиграет. А чем больше мы знаем начальные условия, тем точнее мы будем приближается к истиной вероятности того, или иного события, каждое из которых вроде бы может произойти. На это теория Лапласа отвечает, что все мягко говоря не так, потому что если посмотреть все течение матча, то каждое событие является следствием предыдущего: вот игроку пришёл мяч, с такой то скоростью и под таким то углом, игрок стоял так то и готовился принять мяч так то, то в этом случае, мы можем почти со 100 %- вероятностью предсказать, куда мяч полетит. А если мы представим мяч, газон и игрока в виде молекул и атомом и распишем уравнения их движения, то получим как раз 100 %. Теперь скомбинируем действия молекул в действия тел, действия тел в игровые эпизоды, а эпизоды в матч, то мы выясним, что оказывается весь исход-то был предопределен. Тут можно сказать что рассчитать такие процессы невозможно, и это факт, но факт который не отменяет того, что этот процесс происходит, также как незнание того, как вращается Земля вокруг Солнца не означает, что не существует совершенно определённой траектории движения её движения.
Из этой теории вытекают несколько важных следствий:
Во-первых из этого вытекает полная предопределенность всего, что должно произойти иначе говоря теория детерминизма представляет собой попытку научного обоснования учения о фатализме.
Второй вывод можно сделать такой: раз всё так предопределенно значит будущее можно предсказать, притом на научном основании. Более того, как только будет найдена некоторая универсальная формула, описывающая состояние вселенной достаточно будет её подставить и вот уже простой человек, а не какой-нибудь там высший разум или демон сможет предсказывать не только движения планет, а землетрясения, наводнения, войны и революции, притом со 100%-й достоверностью.
Третий и самый важный вывод гласит что так называемая свобода выбора у человека- это фикция. В самом деле: по этой теории любая выходная реакция объекта, в том числе и человека зависит от 2-х факторов – входного воздействия и структуры самого объекта, и если мы знаем эти 2 фактора, то мы заранее можем предугадать его реакцию. Конечно человек многогранен и его структура сложна чтобы её понять, но что представляет собой структура человека в момент времени t0+dt? Это всего лишь его структура в момент времени t0 + воздействия на эту структуру (которые все заранее предопределены) за момент времени dt + самоизменение структуры за то же время (которое можно свести к воздействию друг на друга не самоизменяющихся структур более простого порядка).
А кем был человек в момент за 9 месяцев до рождения? Группой молекул! Но в момент времени от зачатия до времени взросления все воздействия были предопределенны, поэтому заранее было ясно какая личность из него получится. А если ясно, какая личность будет, то ясно, как она поступит и в ответ на следующее воздействие. А это уже не свобода. Таким образом человек думает, что поступает как он хочет, а на деле уже миллион лет назад можно было предсказать как он поступит в данной ситуации. Тут конечно можно возразить, что если человек будет действовать и если смирится со своей судьбой, то результат будет разной, но и это возражение не проходит т. к. уже заранее ясно будет ли действовать человек и как будет. И также предопределенно опустит ли руки прочитавший книгу по фатализму человек, или продолжит свою жизнь в том же духе, что и прежде или наперекор этому учению станет действовать активнее, чем прежде. В общем, выводы получаются, мягко говоря, безрадостными и посему, конечно же, хочется возразить этой теории. Поэтому нет никакой неожиданности в том, что возражения появились, начиная от опубликования данной теории.
Критика теории полного детерминизма Лапласа
Вообще говоря из второго приведённого нами следствия вытекает ещё одно следствие: если наша личность предопределенна мы не можем нести ответственность перед богом за наши грехи так как они вызваны исключительно воздействиями, которые послал нам бог. Именно поэтому, первыми, кто выступил против этой теории, были религиозные деятели. Правда их положение осложнялось тем, что по их теориям бог всё знает и видит, и видит, что будет дальше, но всё же... Вот вариант ответа таких деятелей в изложении их наследников, которые современны нам:
«...Иными словами, эксперимент, опровергающий теорию Лапласа, состоит в том, что мы знаем, что у нас есть свобода выбора. Т. е. свобода выбора в этой конструкции будет лежать в эксперименте, а не в теории. Свобода выбора является для нас исходным материалом того, что мы видим, того, что мы слышим, того, что мы ощущаем. Как то, что я есть. На том же уровне, на котором я знаю, что я есть, я знаю, что я имею свободу выбора. А если я подвергаю сомнению наличие свободы выбора, то ровно с тем же успехом я могу подвергнуть сомнению то, что я есть. И то, что я знаю, и то, что думаю, и то, что я вижу. Иными словами, наличие свободы выбора является фактом из области экспериментов, а не из области теории, и если теория, какая бы она ни была хорошая и логичная, противоречит эксперименту, то она выкидывается сразу, от противоречия эксперименту, пусть даже я не могу найти в ней логическую ошибку...»
Далее они доказывают факт того, что «я существую», с чем трудно не согласится и на этом факте делают выводы, о том что и свободу выбора каждый человек тоже имеет. Но, как мы видим, в данном случае они обращаются к субъективизму, который утверждает что то что мы ощущаем и есть истина реальность, а такое направление философии никак не может считаться единственно верным по сравнению с другими направлениями, и если мы не разделим взгляды субъективизма, то всё ихнее доказательство разрушится как карточный домик. Подобные же изъяны имели и другие попытки религиозных, а впрочем и не религиозных деятелей опровергнуть теорию Лапласа. А с точки зрения знаний того времени взгляды Лапласа вообще считались единственно соответствующими науке. Поэтому любая критика данное теории на тот момент была больше мистической, что конечно для просвещенного 18-го века было уже неудовлетворительно.
Шли годы, развивалась наука. Всё больше и больше явлений сводились к единой механистической картины мира и вот уже казалось механистическая физика полностью и бесповоротно восторжествовала. Но не тут то было. 2 маленьких пятнышка на небосклоне физики (эфир и тепловое излучение) при подробном рассмотрении показали, что классическая физика при рассмотрении некоторых явлений начинает противоречить сама себе и поэтому некорректна. Так родились квантовая физика и теория относительности. И вот в квантовой физике Гейзенберг было показал, что оказывается частица принципиально не может занимать одновременно определённое положение и иметь определённый импульс, т. е. мы даже не можем получить полную картину состояния на данный момент, а если бы она даже у нас и была, то в следующий момент времени микро частица уже поведёт себя случайным образом, а потом из-за этого случайно поведёт себя и микрочастица, а посему никакого детерминизма нет и быть не может. Как уже говорилось гипотеза о полном детерминизме ввиду своего фатализма, антигуманизма и т. д. и так никому особо не нравилась, и после открытия Гейзенберга многие философы с нескрываемой радостью поспешили объявить, что теперь гипотеза Лапласа показала свою полную несостоятельность даже с точки зрения науки и от неё можно отказаться.
А зря. Потому что была показана несостоятельность только классической механики, а никак не всей теории Лапласа. В самом деле: квантовая механика говорит лишь, что не может быть стоящего, либо прямолинейно движущегося тела. А вот тело, которое движется как принадлежащее стоящей или распространяющейся в каком либо направлении волне отнюдь ей не противоречит. Отклонение от прямой траектории фотона в дифракции Гюйгенса-Френеля полностью соответствуют отклонению фотона по неопределённости Гейзенберга. А в волне фотон движется строго по причинно-следственной закономерности, в которой каждое последующее положение является следствием предыдущего. Факт, что тело меняет направление движения без воздействия внешних сил не означает что тело меняет направление своего движения без причин. Также происходит и с распадом атома. Да, сейчас мы не можем указать конкретную причину, которая заставила атом сверхтяжелого элемента распасться именно в этом момент, и поэтому пользуемся теорией вероятности, но это ещё не говорит о том, что такой причины нет. В предсказании действий рулетки мы ведь тоже пользуемся теорией вероятностей, но никто не оспаривает причинность классической механики. И даже если окажется, что на следующем уровне уменьшения размеров частица не имеет своего положения и вообще пространства и времени не существует, то это не значит, что частица будет действовать на другую частицу без причины. Не смогла поколебать теорию полного детерминизма Лапласа и специальная и общая теории относительности, так как хоть в каждой системе отсчёта время течёт по-разному и события, одновременные в одной системе не одновременны в другой, все равно причинно следственная связь сохраняется целиком и полностью. « Бог не играет в кости.» - так выразился по этому поводу основоположник теорий относительности и крупный специалист в области квантовой механики Альберт Эйнштейн. Более того, он говорил, что все статистические методы исследования являются временными и используются до тех пор, пока не находится теория, которая объяснит истиною картину происходящего. То есть мы видим, что тут Эйнштейн фактически повторяет то, что сказал Лаплас. Так что мы можем с уверенностью утверждать, что все попытки критиковать теорию полного детерминизма Лапласа с помощью новых отраслей физики обречены на провал. Наиболее убедительная критика теории Лапласа как мне кажется основанна на общих философских и физических позициях: Вселенную принято считать бесконечной, а раз так то сущивствует бесконечное множество причин, способных породить одно следствие, а раз так, то даже теоритически невозможно обьять всё это множество причин: с учётом каждой новой причины у нас будет менятся следствие, т. е. для любых n причин мы можем указать n+1 –ю причину которая поменяет всё следствие. А эта ситуация вполне может быть эквивалентна современной картине, когда одной причине ставится бесконечно много следствий с нулевой вероятносью выполнения каждое.
Заключение
Итак, какое можно сделать заключение из того, что было сказано выше? Думается, что вывод о том, предопределенно ли всё или нет должен сделать каждый сам для себя потому что, к сожалению наши научные, как впрочем и философские знания ещё слишком малы, чтобы делать такой вывод один на всех. Но независимо от того, к какой он будет человек, сделавший его всё равно должен поступать как свободный человек. Ведь даже если допустить, что всё то, о чём писалось выше и есть отражение наше действительности, то всё равно человек остаётся уникальным. Да, уникальность эта была предопределена, но от этого она не перестаёт быть уникальностью. А раз мы уникальны, то уникальны и наши поступки, продиктованные нашей волей, а это значит, что мы несём полную ответственность за них. Поэтому мнение фаталиста, попавшего в плен и отказавшегося платить выкуп на основании теории «Если мне не суждено умереть, то я не умру и не заплатив выкуп, а если суждено, то и выкуп мне не поможет» и за это убитого ничуть не оправдывается лапласовской теории. Да, этому фаталисту было суждено умереть от того, что он не заплатил выкуп, но если он бы не уродился фаталистом и поступил бы иначе, то он бы остался жить. Иными словами предопределённость была не такова, что этот фаталист должен был умереть независимо от того, выплатил бы он выкуп или нет, а предопределенность была в том, что он этот выкуп не выплатит, и в том что те, кто его захватили разозлятся в ответ на это и убьют его. Поэтому нормальному человеку надо поступать так, как он считает нужным, а то, что какой-нибудь демон Лапласа или скажем Бог уже миллион лет назад знали, как этот нормальный человек поступит - это не имеет значения ибо все, например, знали о поступках этого человека в прошлом и никто не называл это нарушением свободы, а вот теперь появился лапласовский демон, который знает его поступки в будущем и что изменилось от этого? Ничего. Второе, что бы хотелось отменить в заключение, это то, какую пользу может принести и принесла эта теория кроме самой постановки вопроса о предопределённости. Мне кажется польза заключается в том, что наше сознание слишком часто пытается назвать какое-то не поддающееся объяснение случайным или подчиняющимся теории вероятности. А если копнуть поглуже то оказывается самое сложное событие имеет под собой объяснение и в нём чётко прослеживается причинно-следственная связь. Теория же Лапласа и говорит о том, что такую связь всегда можно найти. А когда кто-то верит в возможность нахождения оной, то он когда-нибудь обязательно её найдёт. Оглянемся вокруг: все факты, которые сейчас объяснила наука раньше считались случайными! И не сомненно многое из того, что кажется случайным сейчас получит в будущем своё объяснение. Главное – это сделать первый шаг.
Список использованной литературы:
1. Е. Колесникова Биография и открытия Пьера Симона Лапласа.
2. P. S. DE LAPLACE A Philosophical Essay on Probabilities
3. П. Полонский Введение в философию иудаизма. Лекция № 6. Свобода выбора.
4. А. А. Радугин Философия. Курс лекций. – М. 1997 г.
5. А. Л. Симанов Понятие «состояние» как философская категория
6. Ю. А. Фомин Можно ли познать будущее?
Методы эмпирического и теоретического познания схематично представлены на рис.4.
Рис.4. Методы эмпирического и теоретического познания
Наблюдение - целенаправленное, организованное восприятие предметов и явлений. Научные наблюдения проводятся для сбора фактов, укрепляющих или опровергающих ту или иную гипотезу и являющихся основой для определенных теоретических обобщений.
Эксперимент - способ исследования, отличающийся от наблюдения активным характером. Это наблюдение в специальных контролируемых условиях.
Измерение - это материальный процесс сравнения какой-либо величины с эталоном, единицей измерения. Число, выражающее отношение измеряемой величины к эталону, называется числовым значением этой величины.
4. Механика ньютона. Детерминизм лапласа
Классическая механика Ньютона сыграла и играет до сих пор огромную роль в развитии естествознания. Она объясняет множество физических явлений и процессов в земных и внеземных условиях, составляет основу многих технических достижений. На ее фундаменте формировались естественнонаучные методы исследований в различных отраслях естествознания.
В 1667 г. Ньютон сформулировал три закона динамики - фундаментальные законы классической механики.
Первый закон Ньютона: всякая материальная точка (тело) сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения до тех пор, пока воздействие со стороны других тел не заставит ее изменить это состояние.
Для количественной формулировки второго закона динамики вводятся понятия ускорения а, массы тела т и силыF.Ускорение характеризует быстроту изменения скорости движения тела.Масса - одна из основных характеристик материальных объектов, определяющая их инерционные(инертная масса) и гравитационные(тяжелая, илигравитационная, масса) свойства.Сила - это векторная величина, мера механического воздействия на тело со стороны других тел или полей, в результате которого тело приобретает ускорение или изменяет свою форму и размеры.
Второй закон Ньютона:
ускорение,
приобретаемое материальной точкой
(телом), пропорционально вызывающей его
силе и обратно пропорционально массе
материальной точки (тела):
.
Второй закон Ньютона справедлив только в инерциальных системах отсчета. Первый закон Ньютона можно получить из второго. Действительно, в случае равенства нулю равнодействующих сил (при отсутствии воздействия на тело со стороны других тел) ускорение также равно нулю. Однако первый закон Ньютона рассматривается как самостоятельный закон, а не как следствие второго закона, поскольку именно он утверждает существование инерциальных систем отсчета.
Взаимодействие между материальными
точками (телами) определяется третьим
законом Ньютона:
всякое действие
материальных точек (тел) друг на друга
носит характер взаимодействия; силы, с
которыми действуют друг на друга
материальные точки, всегда равны по
модулю, противоположно направлены и
действуют вдоль прямой, соединяющей
эти точки:
.
Здесь F 12 - сила, действующая на первую материальную точку со стороны второй;F 21 - сила, действующая на вторую материальную точку со стороны первой. Эти силы приложены к разным материальным точкам (телам), всегда действуют парами и являются силами одной природы. Третий закон Ньютона позволяет осуществить переход от динамики отдельной материальной точки к динамике системы материальных точек, характеризующихся парным взаимодействием.
Четвертый закон , сформулированный Ньютоном – это закон всемирного тяготения.
Логическая цепочка этого открытия может быть выстроена следующим образом. Размышляя о движении Луны, Ньютон сделал вывод, что она на орбите удерживается той же силой, под действием которой камень падает на землю, т.е. силой тяготения: «Луна тяготеет к Земле и силою тяготения постоянно отклоняется от прямолинейного движения и удерживается на своей орбите». Используя формулу своего современника Гюйгенса для центростремительного ускорения и астрономические данные, он нашел, что центростремительное ускорение Луны в 3600 раз меньше ускорения падения камня на Землю. Поскольку расстояние от центра Земли до центра Луны в 60 раз больше радиуса Земли, то можно предположить, что сила тяготения убывает пропорционально квадрату расстояния. Затем, на основе законов Кеплера, описывающих движение планет, Ньютон распространяет этот вывод на все планеты. («Силы, которыми главные планеты отклоняются от прямолинейного движения и удерживаются на своих орбитах, направлены к Солнцу и обратно пропорциональны квадратам расстояний до центра его »).
Наконец, высказав положение о всеобщем характере сил тяготения и одинаковой их природе на всех планетах, показав, что «вес тела на всякой планете пропорционален массе этой планеты», установив экспериментально пропорциональность массы тела и его веса (силы тяжести), Ньютон делает вывод, что сила тяготения между телами пропорциональна массе этих тел. Так был установлен знаменитый закон всемирного тяготения, который записывается в виде:
,
где γ - гравитационная постоянная, впервые определенная экспериментально в 1798 г. Г. Кавендишем. По современным данным γ = 6,67*10 -11 Н×м 2 /кг 2 .
Важно отметить, что в законе всемирного тяготения масса выступает в качестве меры гравитации , т.е. определяет силу тяготения между материальными телами.
Законы Ньютона позволяют решить многие задачи механики - от простых до сложных. Спектр таких задач значительно расширился после разработки Ньютоном и его последователями нового для того времени математического аппарата - дифференциального и интегрального исчисления, широко применяемого в настоящее время для решения различных задач естествознания.
Классическая механика и лапласовский детерминизм. Причинное объяснение многих физических явлений в концеXVIII- началеXIXв. привело к абсолютизации классической механики. Возникло философское учение -механистический детерминизм, - основанное П. Лапласом, французским математиком, физиком и философом.Лапласовский детерминизм выражает идеюабсолютного детерминизма - уверенность в том, что все происходящее имеет причину в человеческом понятии и есть познанная и еще непознанная разумом необходимость. Суть его можно понять из высказывания Лапласа: «Современные события имеют с событиями предшествующими связь, основанную на очевидном принципе, что никакой предмет не может начать быть без причины, которая его произвела... Воля, сколь угодно свободная, не может без определенного мотива породить действия, даже такие, которые считаются нейтральными... Мы должны рассматривать современное состояние Вселенной как результат ее предшествующего состояния и причину последующего. Разум, который для какого-нибудь данного момента знал бы все силы, действующие в природе, и относительное расположение ее составных частей, если бы он, кроме того, был достаточно обширен, чтобы подвергнуть эти данные анализу, обнял бы в единой формуле движения самых огромных тел во Вселенной и самого легкого атома; для него не было бы ничего неясного, и будущее, как и прошлое, было бы у него перед глазами... Кривая, описываемая молекулой воздуха или пара, управляется столь же строго и определенно, как и планетные орбиты: между ними лишь та разница, что налагается нашим неведением». С этими словами перекликается убеждение А. Пуанкаре: «Наука детерминистична, она является таковойapriori[изначально], она постулирует детерминизм, так как она без него не могла бы существовать. Она является таковой и аposteriori[из опыта]: если она постулировала его с самого начала как необходимое условие своего существования, то она затем строго доказывает его своим существованием, и каждая из ее побед является победой детерминизма».
Дальнейшее развитие физики показало, что для некоторых природных процессов трудно определить причину. Например, радиоактивный распад происходит случайно. Подобные процессы объективно случайны, а не потому, что мы не можем указать их причину из-за недостатка наших знаний. И наука при этом не перестала развиваться, а обогатилась новыми законами, принципами и концепциями, что свидетельствует об ограниченности классического принципа - лапласовского детерминизма. Абсолютно точное описание всего прошедшего и предсказание будущего для колоссального разнообразия материальных объектов, явлений и процессов - задача сложная и лишенная объективной необходимости. Даже для самого простейшего объекта - материальной точки - из-за конечной точности измерительных приборов абсолютно точное предсказание также нереально.
ДЕТЕРМИНИЗМ ЛАПЛАСА
Идея Вселенной как часового механизма, состоящая в том, что полное знание состояния Вселенной в заданный момент времени полностью определяет ее состояния в будущие и прошлые моменты.
Словарь современной физики из книг Грина и Хокинга. 2012
Смотрите еще толкования, синонимы, значения слова и что такое ДЕТЕРМИНИЗМ ЛАПЛАСА в русском языке в словарях, энциклопедиях и справочниках:
- ДЕТЕРМИНИЗМ в Новейшем философском словаре:
(лат. determino - определяю) - философское учение о закономерной универсальной взаимосвязи и взаимообусловленности явлений объективной действительности, результат обобщения конкретно-исторических и … - ДЕТЕРМИНИЗМ в Словаре экономических терминов:
(от лат. determinare - определять) - постановка, решение экономических задач, при котором их условия формулируются с полной определенностью, без учета … - ДЕТЕРМИНИЗМ в Медицинской популярной энциклопедии:
- учение о взаимосвязи и причинной обусловленности процессов и явлений природы, общества и … - ДЕТЕРМИНИЗМ в Толковом словаре психиатрических терминов:
(лат. determinare - определять). Философская концепция об объективной закономерной взаимосвязи и причинной обусловленности всех процессов и явлений природы. Д. … - ДЕТЕРМИНИЗМ в Медицинских терминах:
(лат. determine определять) философское учение о всеобщей объективной универсальной взаимосвязи и причинной обусловленности процессов и явлений природы, общества и сознания; … - ДЕТЕРМИНИЗМ
(от лат. determino - определяю) философское учение закономерной взаимосвязи и причинной обусловленности всех явлений; противостоит индетерминизму, отрицающему всеобщий характер … - ДЕТЕРМИНИЗМ
(от лат. determino - определяю), философское учение об объективной закономерной взаимосвязи и взаимообусловленности явлений материального и духовного мира. Центральным ядром … - ДЕТЕРМИНИЗМ в Энциклопедическом словаре Брокгауза и Евфрона:
см. Свобода … - ДЕТЕРМИНИЗМ в Современном энциклопедическом словаре:
- ДЕТЕРМИНИЗМ
(от латинского determino - определяю), философское учение об объективной закономерной взаимосвязи и причинной обусловленности всех … - ДЕТЕРМИНИЗМ в Энциклопедическом словарике:
, а, мн. нет, м., филос. Философская концепция, признающая объективную закономерность и причинную обусловленность всех явлений природы и общества; противоп. … - ДЕТЕРМИНИЗМ в Энциклопедическом словаре:
[дэтэ], -а, м. Учение о закономерности и причинной обусловленности всех явлений природы и общества. II прил. детерминистический, -ая, … - ЛАПЛАСА
ЛАПЛ́АСА УРАВНЕНИЕ, дифференц. ур-ние с частными производными 2-го порядка где х, у, z - независимые переменные, j(х … - ЛАПЛАСА в Большом российском энциклопедическом словаре:
ЛАПЛ́АСА ТЕОРЕМА, одна из предельных теорем теории вероятностей. Если при каждом из n независимых испытаний вероятность появления нек-рого случайного события … - ЛАПЛАСА в Большом российском энциклопедическом словаре:
ЛАПЛ́АСА ОПЕРАТОР, линейный дифференц. оператор, к-рый ф-ции j(х, у, z) ставит в соответствие ф-цию Встречается во … - ЛАПЛАСА в Большом российском энциклопедическом словаре:
ЛАПЛ́АСА ЗАКОН, установленная П. Лапласом (1806) зависимость Р s =es - капиллярного давления Р s от ср. кривизны поверхности раздела … - ДЕТЕРМИНИЗМ в Большом российском энциклопедическом словаре:
ДЕТЕРМИН́ИЗМ (от лат. determino - определяю), филос. учение о причинной обусловленности всех явлений; противостоит индетерминизму, отрицающему всеобщий характер … - ДЕТЕРМИНИЗМ в Энциклопедии Брокгауза и Ефрона:
? см. Свобода … - ДЕТЕРМИНИЗМ в Полной акцентуированной парадигме по Зализняку:
детермини"зм, детермини"змы, детермини"зма, детермини"змов, детермини"зму, детермини"змам, детермини"зм, детермини"змы, детермини"змом, детермини"змами, детермини"зме, … - ДЕТЕРМИНИЗМ в Новом словаре иностранных слов:
(лат. determinare определять) философская концепция, признающая объективную закономерность и причинную обусловленность всех явлений природы и общества (противоп. индетерминизм … - ДЕТЕРМИНИЗМ в Словаре иностранных выражений:
[ философская концепция, признающая объективную закономерность и причинную обусловленность всех явлений природы и общества (противоп. … - ДЕТЕРМИНИЗМ в Новом толково-словообразовательном словаре русского языка Ефремовой:
- ДЕТЕРМИНИЗМ в Словаре русского языка Лопатина:
детермин`изм, … - ДЕТЕРМИНИЗМ в Полном орфографическом словаре русского языка:
детерминизм, … - ДЕТЕРМИНИЗМ в Орфографическом словаре:
детермин`изм, … - ДЕТЕРМИНИЗМ в Словаре русского языка Ожегова:
учение о закономерности и причинной обусловленности всех вялений природы и … - ДЕТЕРМИНИЗМ в Современном толковом словаре, БСЭ:
(от лат. determino - определяю), философское учение закономерной взаимосвязи и причинной обусловленности всех явлений; противостоит индетерминизму, отрицающему всеобщий характер … - ДЕТЕРМИНИЗМ в Толковом словаре русского языка Ушакова:
(дэтэ), детерминизма, мн. нет, м. (от латин. determino - определяю) (филос.). Учение, по к-рому все явления обусловлены необходимой причинной связью. … - ДЕТЕРМИНИЗМ в Толковом словаре Ефремовой:
детерминизм м. Философское учение об объективной закономерной взаимосвязи и причинной обусловленности явлений материального и духовного … - ДЕТЕРМИНИЗМ в Новом словаре русского языка Ефремовой:
м. Философское учение об объективной закономерной взаимосвязи и причинной обусловленности явлений материального и духовного … - ДЕТЕРМИНИЗМ в Большом современном толковом словаре русского языка:
м. Философская концепция, отрицающая объективную закономерность и причинную обусловленность явлений материального и духовного мира. Ant: … - ЛАПЛАСА УРАВНЕНИЕ в Большом энциклопедическом словаре:
дифференциальное уравнение с частными производными 2-го порядкагде, x, y, z - независимые переменные, ?(x, y, z) - искомая функция. Рассмотрено … - ЛАПЛАСА ОПЕРАТОР в Большом энциклопедическом словаре:
линейный дифференциальный оператор, который функции?(x, y, z) ставит в соответствие функциюВстречается во многих задачах математической физики (распространение света, тепла, … - ЛАПЛАСА ПРЕОБРАЗОВАНИЕ в Большой советской энциклопедии, БСЭ:
преобразование, преобразование, переводящее функцию f (t) действительного переменного t (0 < t < ¥), называемую "оригиналом", в функцию (1) … - ЛАПЛАСА АЗИМУТ в Большой советской энциклопедии, БСЭ:
азимут, геодезический азимут А направления на наблюдаемую точку, полученный по его астрономическому азимуту a, исправленному с учётом влияния отклонения … - НЕОДЕТЕРМИНИЗМ в Словаре постмодернизма:
- новая версия интерпретации феномена детерминизма в современной культуре, фундированная презумпциями нелинейности, отсутствия феномена внешней причины и отказа от принудительной … - ШАРОВЫЕ ФУНКЦИИ в Большой советской энциклопедии, БСЭ:
функции, однородные функции un степени п от прямоугольных координат х, у, z , удовлетворяющие уравнению Лапласа: Существуют 2 … - ФУРЬЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЕ в Большой советской энциклопедии, БСЭ:
преобразование (данной функции), функция, выражающаяся через данную функцию f (x) формулой: ,(1) Если функция f (x) … - ФРАНЦИЯ в Большой советской энциклопедии, БСЭ.
- ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ УРАВНЕНИЕ в Большой советской энциклопедии, БСЭ:
уравнение, дифференциальное уравнение с частными производными параболического типа, описывающее процесс распространения теплоты в сплошной среде (газе, жидкости или твёрдом теле); … - СТРУКТУРНАЯ СХЕМА в Большой советской энциклопедии, БСЭ:
схема системы автоматического регулирования (САР), графическое изображение такой системы в виде совокупности частей, на которые её можно разделить по определённым … - ПУАССОНА УРАВНЕНИЕ в Большой советской энциклопедии, БСЭ:
уравнение, уравнение с частными производными вида D u f, где D -оператор Лапласа: При n 3 этому уравнению удовлетворяет потенциал … - ПРИЧИННОСТЬ в Большой советской энциклопедии, БСЭ:
генетическая связь между отдельными состояниями видов и форм материи в процессах её движения и развития. Возникновение любых объектов и систем … - ПРИЛИВЫ в Большой советской энциклопедии, БСЭ:
периодические колебания уровня моря (морские П.), обусловленные силами притяжения Луны и Солнца. Под действием этих же сил происходят деформации твёрдого … - ПРЕОБРАЗОВАНИЕ в Большой советской энциклопедии, БСЭ:
одно из основных понятий математики, возникающее при изучении соответствий между классами геометрических объектов, классами функций и т.п. Например, при геометрических … - ПРЕДЕЛЬНЫЕ ТЕОРЕМЫ в Большой советской энциклопедии, БСЭ:
теоремы теории вероятностей, общее название ряда теорем вероятностей теории, указывающих условия возникновения тех или иных закономерностей в результате действия … - ПОТЕНЦИАЛ (МАТЕМАТИЧ., ФИЗИЧ.) в Большой советской энциклопедии, БСЭ:
потенциальная функция, понятие, характеризующее широкий класс физических силовых полей (электрическое, гравитационное и т.п.) и вообще поля физических величин, представляемых векторами … - ОПЕРАЦИОННОЕ ИСЧИСЛЕНИЕ в Большой советской энциклопедии, БСЭ:
исчисление, один из методов математического анализа, позволяющий в ряде случаев посредством простых правил решать сложные математические задачи. О. и. …
Благодаря целеустремлённой работе ученых естествоиспытателей наука была поставлена на такую степень развития, что, казалось бы, ничто не способно устоять перед строгой определённостью её законов. Так, Пьер Лаплас, живший в XIX в., выразил взгляд на Вселенную, как на полностью детерминированный объект: «ничто не будет неопределенным, и будущее, как прошлое, будет представлено перед глазами». К примеру, если мы знаем точное положение планет и Солнца в данный момент, то по законам притяжения можем точно вычислить, в каком состоянии будет находиться Солнечная система в любой другой момент времени. Но Лаплас хотел увидеть в детерминизме законов Вселенной ещё больше: он утверждал, что существуют аналогичные законы для всего, в том числе и для человека. Эта доктрина детерминизма была в корне разрушена квантовой теорией.
Сравним, чем отличается классическая механика от квантовой. Пусть имеется система частиц. В классической механике состояние системы в каждый момент времени определяется значением координат и импульсов всех частиц. Все другие физические параметры, как-то: энергия, температура, масса и т.п., могут быть определены из координат и импульсов частиц системы. Детерминизм классической механики заключается в том, что «будущее состояние системы полностью и единственным образом определены, если задано её начальное состояние».
Несомненно, в любом эксперименте измерения могут иметь некоторую неточность, неопределённость, и, в зависимости от рассматриваемой физической системы её будущее может оказаться либо чувствительным, либо нечувствительным к этой неопределённости. «Но в принципе (выделено нами – В. Р.) не существует какого-либо предела на точность, которой мы не могли бы достичь, – утверждает Сэм Трейман. – Поэтому в принципе,… нет препятствий для предугадывания будущего развития».
В квантовой механике также существует понятие «состояние системы». Как и в классической механике, система, согласно законам, «…развивается в такие состояния, которые полностью определены, если задано начальное состояние в некоторый начальный момент». Поэтому и здесь настоящее определяет будущее. Но «квантовые состояния не точно задают координаты и импульсы частиц; они определяют только вероятность (выделено нами – В. Р.)». Случайность в квантовой механике, – считает В. П Демуцкий, – это один из её постулатов.
Неизбежность вероятностного описания физической системы в квантовой механике поясняет Иоганн фон Нейман: «… никакое повторение последовательных измерений не может привнести причинный порядок…, ибо атомные явления лежат на краю физического мира, где любое измерение вносит изменение того же порядка, что и сам измеряемый объект, так что последний изменяется существенным образом, в основном из-за соотношений неопределённости».
На квантовом уровне определяющее значение носит «размытость» сопряженных характеристик, выраженная принципом неопределённости Гейзенберга: точность измерения координат и импульсов системы не может быть выше постоянной Планка, минимального кванта действия.
Согласно этому положению никакой эксперимент не может привести к одновременно точному измерению координат и импульса частицы. Эта неопределённость связана не с несовершенством измерительной системы, а с объективными свойствами микромира. Если мы определяем точно координату частицы, то значение её импульса «размывается» и становится тем более неопределённым, чем точнее определяется координата. Поэтому в квантовой механике исчезает классическое понимание траектории частицы. «В квантовой физике частицы двигаются по загадочным траекториям, простирающимся вдоль волноподобных путей. Одиночный электрон может быть везде в пределах волнового образца». К примеру, электрон может оставить фотографию своей траектории, но при этом может не иметь строгой траектории. В связи с рассмотрением траекторий атомных объектов удивительным представляется понимание траектории, предложенное Фейнманом. Согласно его модели, «вероятность перемещения частицы из точки А в точку В равна сумме вероятностей её движения по всем возможным траекториям, соединяющим эти точки». Следовательно, квантовая теория разрешает частице находиться на любой траектории, соединяющей две точки, а поэтому невозможно точно сказать, где окажется частица в определенный момент.
Итак, если классическая физика считала неточность следствием несовершенства технологий и неполнотой человеческого знания, то квантовая теория говорит о принципиальной невозможности точных измерений на атомном уровне. Нильс Бор считал, что «неопределённость есть не результат временного незнания, разрешимого при дальнейшем исследовании, но фундаментальный и неизбежный предел человеческого знания».
Принцип дополнительности
Нильс Бор предложил принцип дополнительности, согласно которому, «мы не можем ничего сказать о квантовом мире, что бы было подобно действительности; взамен мы признаем достоверность альтернативных и взаимно исключающих методов». Представление об атомном мире, по сравнению с представлением Аристотеля (мир, как организм) и классической физикой (мир есть машина), не изобразимо. Классическая физика допускала, что существует объективный мир, который мы можно исследовать и измерять без существенного его изменения. Но на квантовом уровне оказывается невозможным исследовать реальность, не изменяя её. Это относится, например, к координате и импульсу. «Знание положения частицы, - писал В. Гейзенберг, - дополнительно к знанию её скорости или импульса». Мы не можем определить дополнительную величину (напр. скорость) с точностью первой (координаты).
Обобщая этот принцип на живые организмы, Бор считал, что «наше знание о том, что клетка живет, возможно, является чем-то дополнительным по отношению к полному знанию её молекулярной структуры». Если полное знание структуры клетки, которое может быть достигнуто лишь благодаря вмешательству, уничтожает жизнь клетки, то, заключает Бор, «логически возможно, что жизнь исключает полное установление лежащих в ее основе физико-химических структур». На этом основании химические связи молекул являются дополнительными для физических законов, биологические – для химических, социальные – для биологических, социальные – для душевных, и т.д.
Таким образом, предложенный Бором принцип дополнительности разрушает позиции детерминизма, о чем более подробно будет сказано ниже.
Своим авторитетом классическая наука обязана, прежде всего, ньютоновской механике, которая обобщила огромный эмпирический материал, накопленный многими поколениями ученых, дала в руки людей мощный инструмент однозначного предсказания будущего в широкой области объектов и явлений природы . Причины перемещения тел в пространстве, закономерности этих перемещений, способы их адекватного описания всегда были в центре внимания человека, так как непосредственно касались наиболее близкой религиозному сознанию области естествознания, а именно - движения небесных тел. Поиск закономерностей этих движений был для человека не столько связан с удовлетворением «научной» любознательности, сколько преследовал глубокую религиозно-философскую цель: познать смысл бытия. Поэтому такое значение во все времена уделялось астрономическим наблюдениям, тщательной фиксации мельчайших подробностей в поведении небесных тел, интерпретации повторяющихся событий.
Одним из величайших достижений на этом поприще стали эмпирические законы И. Кеплера, которые убедительно показали существование «порядка» в движении планет Солнечной системы. Решающий же шаг в понимании причин этого порядка был сделан И. Ньютоном. Созданная им классическая механика в чрезвычайно лаконичной форме обобщила весь предшествующий опыт человечества в изучении движений. Оказалось, что все многообразие перемещений макроскопических тел в пространстве может быть описано всего лишь двумя законами: вторым законом Ньютона (F =ma ) и законом всемирного тяготения (F=Gm 1 m 2 /r 2 ). И не только законы Кеплера, относящиеся к Солнечной системе, оказались следствием законов Ньютона, но и все наблюдаемые человеком в естественных условиях перемещения тел стали доступными аналитическому расчету. Точность, с которой такие расчеты позволяли делать предсказания, удовлетворяли любые запросы. Сильнейшее впечатление на людей произвело обнаружение в 1846 году ранее неизвестной планеты Нептун, положение которой было рассчитано заранее на основании уравнений Ньютона.
К середине XIX века авторитет классической механики возрос настолько, что она стала считаться эталоном научного подхода в естествознании. Широта охвата явлений природы, однозначная определенность (детерминизм) выводов, характерные для механики Ньютона, были настолько убедительны, что сформировалось своеобразное мировоззрение, в соответствии с которым механистический подход следует применять ко всем явлениям природы, включая физиологические и социальные, и что надо только определить начальные условия, чтобы проследить эволюцию природы во всем ее многообразии. Немецкий физик Г.Р.Кирхгоф в докладе о цели естественных наук (1865 г.) провозгласил, что «высшая цель естествознания состоит в сведении любого явления к движению, в свою очередь движение подлежит описанию средствами теоретической механики». Это мировоззрение часто называют «детерминизмом Лапласа», в память о великом французском ученом П. Лапласе, внесшем большой вклад в небесную механику, физику и математику. На основе механики Ньютона была создана первая научная картина мира – универсальная, детерминистическая и объективная.