Принцип дополнительности и соотношения неопределенностей.

Принцип дополнительности был сформулирован в 1927 г. Н. Бором. Смысл его состоит в следующем.

Органы чувств человека как существа макроскопического не воспринимают во всей полноте микропроцессов. Понятия, которыми человек пользуется для описания предметов и явлений окружа­ющего мира, являются также «макроскопическими». С их помощью мож­но легко описать любые физические процессы, проходящие в макромире, но применить эти понятия для описания микрообъ­ектов во всей полноте нельзя, так как они неадекватны процессам микромира.

Но другого понятийного аппарата у человека нет. Поэтому, чтобы компен­сировать неадекватность своего восприятия, недостаточность средств описаний языка и интуитивного представления об объектах микромира, ему приходится в различных ситуациях применять два дополняющих друг друга набора понятий, которые с точки зрения клас­сической науки взаимно исключают друг друга, например, понятия частицы и волны, в совокупности реализующихся в представлении о корпускулярно-волновом дуализме. Так, свет при одних условиях может быть описан как поток элементарных частиц - фотонов, при других - как распространение электромагнитной волны.

Электрон рассматривается также как элементарная частица, однако в экспериментальной установке при последовательном пропускании через специальные щели даже единичных электронов на фосфоресцирующем экране возникает интерференционная картина, являющаяся неоспоримым признаком волн. В данном эксперименте (двухщелевой эксперимент или, сокращенно – ДЩЭ) электрон вылетает в достаточно широком телесном угле, так что неизвестно, через какую щель он пролетает. На фотопластинке остается точечный след от одной частицы. По мере накопления следов от различных частиц на фотоимульсии складывается интерференционная картина. Возникает вопрос: как, пролетая через одну из щелей, электрон мог «знать» о существовании другой щели? Решение было найдено в гипотезе французского физика, лауреата Нобелевской премии и одного из основоположников квантовой механики Луи де’Бройля(Louis de Broglie; 1892-1987): электрон обладает и корпускулярными, и волновыми свойствами. Т.е., следует считать, что через обе щели проходит волна – дополнительная сущностей электрона-частицы. Однако остается вопрос: почему точечный след появляется в случайном месте на фотопластинке? Далее, были поставлены весьма изощренные эксперименты с подсветкой щелей в плоскости экрана с этими щелями. Эксперименты показали, что через одну из щелей пролетает частица-электрон. Однако если знать, через какие щели пролетают электроны, то накопления точек на фотопластинке в виде интерференционной картины не будет. В 90-х гг. ХХ в. был выполнен достаточно тонкий эксперимент, который позволил варьировать подсветку так, чтобы в одном эксперименте можно было переходить от конфигурации, различающей щели, к другой конфигурации, которая спутывала наблюдения щелей так, что невозможно было узнать, через какую щель прошел электрон. Оказалось, что во втором варианте интерференционная картина появлялась.

Таким образом, только в совокупности корпускулярное и волновое описания дают исчерпывающую ин­формацию о квантовых объектах и явлениях, например, частицах как локальных возмущениях взаимопроникающих полей. Следует отметить, что в настоящий момент концепция корпускулярно-волнового дуализма представляет лишь исторический интерес, т.к. служила только интерпретацией, способом описать поведение квантовых объектов, подбирая ему аналогии из классической физики. На деле квантовые объекты не являются ни классическими волнами, ни классическими частицами, приобретая свойства первых или вторых лишь в некотором приближении.

Частным выражением принципа дополнительности являет­ся сформулированное В. Гейзенбергом в 1927 г. соотношение неопределенностей, которое иллюстрирует отличие квантовой теории от классической механики Ньютона.

Если в классической механике допускается аб­солютно точное знание координаты, импульса и энергии частицы в любой момент времени, то в квантовой механике это невозмож­но. В соответствии с принципом неопределенности, чем точнее фиксирован импульс, тем большая неопределенность будет в значении координаты, и наоборот. Про электроны, как и про любые другие частицы, нельзя одновременно сказать, что они находятся в каком-то месте и имеют такую-то скорость.

Также соотносятся энергия и время. Точность измерения энергии обратно пропорциональ­на длительности процесса измерения. Согласно законам квантовой механики мы не можем утверждать, что частица имеет такую-то энергию в такое-то время. Энергия частицы может скачкообразно изменяться (флуктуировать - от лат. fluctuatio — «колебание») в очень широких пределах, в течение достаточно короткого времени. Соотношение неопределенностей лежит в основе феномена квантового туннелирования – вероятностной возможности для элементарных частиц мгновенно проходить через область, для проникновения в которую у них раньше не хватало энергии. Преодоление препятствия даже при отсутствии необходимого уровня энергии оказывается возможным при «заимствовании» энергии в окружающем поле при условии ее «переучета» и «возвращения» в течение промежутка времени, определяемого соотношением неопределенностей.

Н. Бор и В. Гейзенберг рассматривали дополнительность как наиболее фундаментальный принцип существования целого, объективную черту природы, а не следствие лишь временной ограниченности человеческого знания, как предполагал А. Эйнштейн. По мнению Бора, мы являемся постоянно закованными в оковы наших способов познания и языка. Современный исследователь не имеет в своем распоряжении инструментов, которые могут охватить всю реальность в одной картине или модели[322]. В эксперименте для абсолютно точной локализации микрочастицы необходимы бесконечно большие импульсы, что физически принципиально неосуществимо, кроме того, при сильных воздействиях на частицу она вообще не сохраняется, переходя в излучение или порождая другие микрообъекты. При измерении энергии на микроуровнях прибор неизбежно вступает во взаимодействие с исследуемой системой. Деятельность физика-наблюдателя становится «частью истории атомного события». Отображение природы в рамках научных теорий оказывается возможным, но ограниченным и несовершенным («критический реализм» - по И. Барбуру).

Рассказывают, что когда Н. Бор был в Японии, на острове Хонсю, то, любуясь легендарной Фудзиямой, он назвал ее «воплощением самой идеи дополнительности», ибо только совокупность различных восприятий под разными углами и с различных позиций может передать полную очарования картину воздушных и стройных линий горы, как это воплотил КацусикаХокусай в своих знаменитых «Ста видах горы Фудзи». Именно в этом и состоит идея дополнительности: не отдавать предпочтение какому-либо отдельному наблюдению, аспекту, стороне, свойству, а считать, что все различные наблюдения, аспекты, взгляды необходимы как взаимодополняющие друг друга элементы, дающие максимально полное в данной познавательной ситуации описание объекта исследования[323].

Таким образом, мы видим, что проникая в глубины материи, естествознание фактически переходит к методу, давно действующему в философии и в богословии – апофатизму (αποφατικός – «отрицательный»), утверждающему, что высшая Реальность, Абсолют, Бог в своей сущности непостижимы, неопределимы средствами человеческого языка и понятий. «Описание» Неописуемого происходит путем последовательного отбрасывания («отрицания») всех относящихся к Нему определений как несоизмеримых с Его природой: безгрешный, бесконечный, бессмертный. Апофатический метод ложится в основу догматических формул, например, Халкидонского догмата, раскрывающего образ соединения двух природ в Иисусе Христе («неслитно, неизменно, неразлучно, нераздельно»). Если в XVIII-XIX вв. представители естественных наук могли упрекать богословов в расплывчатости, антиномичности, таинственности формул, выражающих на человеческом языке Откровение Бога о Самом Себе, то уже в первой половине ХХ в. приходится констатировать, что не только Бог-Творец, но и Его творение в своей глубинной основе «описуемо» только при привлечении отчасти сходной методологии[324]. Неслучайно Н. Бор, В. Гейзенберг, В. Паули считали вполне возможным применение принципа дополнительности к областям, выходящим за рамки физики, например, к психологии, биологии, философии, культуре. Бор постулировал множество потенциально дополнительных наблюдаемых феноменов и в макроскопической реальности, таких как любовь и справедливость, сознание и подсознание, рассматривал свободу воли и детерминизм, процессы мозговой деятельности и сознание как существенно дополнительные методы описания феномена человека.

Концепция дополнительности является важной не только для понимания самих оснований физической реальности, но также предлагает перспективу для решения фундаментальных проблем в диалоге науки и богословия[325]. Как считают некоторые богословы, применительно к такому диалогу, возможно вести разговор о двух дополнительных эпистемологиях (теориях познания - от греч. ἐπιστήμη - «знание», λόγος — «слово, учение»), где одна фокусируется на религиозном, другая на естественнонаучном доступе к познанию мира. Несмотря на взаимно исключающую природу и методологии обе требуют адекватного познания единой тварной реальности, о чем речь уже шла выше, при рассмотрение различных моделей соотнесения богословия и науки[326].

Дата добавления: 2015-08-18