Недавно я имела удовольствие общаться с интересным человеком на глубокую философскую тему, касающуюся нашего понимания устройства этого мира, и того, что может давать нам это понимание.
Темой этого письма могла бы быть цитата известного философа: “Жить можно так, как будто в мире нет чудес, но можно так, как будто мир - и есть чудо”.
Я решила не утаивать эту переписку. И поделиться ей с читателями моего блога. Выражаю надежду, что кто-то , как и я, получит интеллектуальное удовольствие, читая это письмо.
Текст письма:
> В физике есть одна фраза, которую я очень уважаю: объективная реальность
> существует вне зависимости от того, что мы о ней думаем.
Привет. Знаешь в детстве я мечтал заниматься фундаментальной
физикой и отдал ей много сил и времени. Да, эта фраза, кажущая нам
совершенно правдивой, действительно относиться к классической физике.
Представление о мире, как о отношении субъекта и объекта, проходит белой
нитью сквозь всю западную науку и философию. Это представление
восходит к Аристотелю, протекает сквозь всю христианскую философию и
было введено в науку Декартом и Ньютоном. Оно связано с
механистическим взглядом на природу и детерминизмом природных явлений.
Считалось, что огромный космический механизм жестко обусловлен и
детерминирован. Высказывалась теоретическая возможность того, что
зная состояние системы в данный момент, и законы по которым она
движется, - можно совершенно точно предсказать ее будущее. Лучше всего
это выразил французский математик Пьер Лаплас в своем мыслительном
эксперименте, сейчас он известен как “Демон Лапласа”:
http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D0%B5%D0%BC%D0%BE%D0%BD_%D0%9B%D0%B0%D0%BF%D0%BB%D0%B0%D1%81%D0%B0
Приведу цитату: “Мы можем рассматривать настоящее состояние Вселенной
как следствие его прошлого и причину его будущего. Разум, которому в
каждый определенный момент времени были бы известны все силы,
приводящие природу в движение и положение всех тел, из которых она
состоит, будь он также достаточно обширен, чтобы подвергнуть эти
данные анализу, смог бы объять единым законом движение величайших тел
Вселенной и мельчайшего атома; для такого разума ничего не было бы
неясного и будущее существовало бы в его глазах точно так же, как
прошлое.”
Здесь говорится не о том, возможно ли детерминистическое предсказание
хода событий в действительности, на практике, а в том, возможно ли оно
в принципе.
Не знаю к счастью ли или к несчастью, но современная физика полностью
исключает эту возможность.
Расскажу тебе немного о современной
квантовой физике. Основные законы квантовой физики были сформированы в
20-30-е годы прошлого века силами таких ученых как Макс Планк, Нильс
Бор, Луи де Бройль, Эрвин Шредингер, Вольфганг Паули, Поль Дирак,
Вернер Гейзенберг.
Эксперименты Эрнеста Резерфорда обнаружили, что атомы не являются
твердыми и не делимыми, а состоят из незаполненного пространства и в
нем движутся очень маленькие частицы (ядро атома в 100000 раз меньше
самого атома), физика называет их элементарными. Благодаря квантовой
физике выяснилось, что эти самые элементарные частицы тоже не являются
цельными и неделимыми, более того они, подобно свету, обладают двойной
природой. Их можно рассматривать и как частицу и как волну
одновременно.
Вот этот замечательный эксперимент в доступном изложении:
http://www.youtube.com/watch?v=DfPeprQ7oGc
Это описание на русском:
http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9E%D0%BF%D1%8B%D1%82_%D0%AE%D0%BD%D0%B3%D0%B0
Это свойство материи чрезвычайно необычно. Парадоксально, что что-то
может быть одновременно частицей - единицей чрезвычайно малого объема
и волной, способной перемещаться на большие расстояния. Это
противоречие породило большое количество парадоксов, которые легли в
основу квантовой теории. И это противоречие разрешилось совершенно
необычайным образом, поставив под сомнение саму основу
механистического мировоззрения - понятие реальности материи.
Внутри атома материя не существует, а скорее, “может существовать”,
атомные явления не происходят в определенных местах определенным
образом, а скорее “могут происходить”. Математический язык квантовой
физики называет эти возможности “вероятностями” и связывает их с
математическими величинами, принимающими форму волн. Вот почему
частицы могут быть одновременно волнами. Это не настоящие трехмерные
волны, а “вероятностные волны” (их принято называть волновой функцией)
- абстрактные математические величины, выражающие вероятность
существования частиц в определенных точках пространства в определенный
момент времени. И все законы атомной физики выражаются через эти
вероятности. Мы никогда не можем с уверенностью говорить об атомном
явлении, мы можем только говорить насколько вероятно, что оно
произойдет.
Очень важно понимать, что статистические формулировки законов атомной
физики не отражают нашего незнания физической ситуации (как в азартных
играх, расчете страховых рисков). Вероятность в квантовой теории
следует воспринимать как основополагающее фундаментальное свойство
действительности, управляющее ходом всех процессов и даже
существованием материи.
Это замечательно постулировано в “Принципе Неопределенности” Гейзенберга.
Как сказал сам Гейзенберг: “То, что мы наблюдаем, - не сама природа, но природа открывающаяся нашему способу задавать вопросы”. Важной чертой атомной физики, является то, что человек-наблюдатель необходим не только для наблюдения свойств
объекта, но и для того чтобы дать определение самим этим свойствам. В атомной физике мы не можем говорить о свойствах объекта как таковых.
Они имеют значение в контексте взаимодействия объекта с наблюдателем.
От того, как наблюдатель будет осуществлять измерения, в некоторой
степени зависит свойства наблюдаемого объекта. Если эксперимент
проводиться по-другому, то свойства объекта тоже меняются.
Приведу пример: http://www.youtube.com/watch?v=KT7xJ0tjB4A
Предположим наблюдая элементарную частицу мы захотим измерить ее
местоположение и импульс (ну чтобы предсказать любое изменение ее
местоположение со временем. Как школьная задача про авто из точки А в
точку Б). И вот, представь себе, оказывается, что для элементарной
частицы эти две величины не могут быть одновременно измерены. Мы можем
получить точные сведения о местонахождении частицы, но при этом не
знать ничего о импульсе и наоборот, либо знания об обеих этих
величинах будут неточными. Важно понимать, что это ограничение не
имеет никакого отношения к несовершенству измерительных приборов. Это
ограничение принципиально. Если мы решили определить местоположение
частицы, то должны понять, что она _не имеет_ определенного импульса
(скорости), а если хотим измерить импульс, то она _не имеет_ точного
местоположения. Интересно, что похожие соотношения существует и между
другими величинами, например, между временем в течении которого
происходит событие и количеством энергии, принимающим в нем участие.
Таким образом в квантовой физике ученый не может быть просто сторонним
наблюдателем, он обречен быть частью наблюдаемого им мира. Физик Джон
Уилер предложил даже заменить понятие “наблюдатель” на “соучастник”.
Так квантовая теория доказывает ложность классических представлений о
твердых телах и о строгом детерминизме природных законов. Можно
сказать, что “Демон Лапласа” невозможен даже в теории. На субатомном
мире вместо твердых тел действуют волноподобные вероятностные модели,
которые к тому же отражают вероятность существования не вещей, а
скорее взаимодействий. С точки зрения современной науки нельзя сказать
точно: существует ли мир в тот момент когда мы на него не смотрим.
P.S.
Математическое описание квантовой теории является многократно
проверенным в многочисленных экспериментах, оно последовательно,
непротиворечиво и теперь является общепринятым описанием всех атомных
явлений. А вот словесная интерпретация ее крайне затруднительна. Такие
вещи как суперпозиция, “запутанность” элементарных частиц, эксперимент
с “Котом Шредингера” и другие явления имеют место в атомной
действительности, замечательно описываются математически, но
парадоксально звучат для нас людей.
Есть интересный фильм BBC о истории квантовой физики и той революции
которую она произвела в нашем мире:
http://www.youtube.com/watch?v=oUolVZIuv18
Посетитель responded on 18 мая 2009 at 22:39 #
Звучит правдоподобно, потому что все теории изложены популярно, но почти верно. Ключевое слово – Почти. По моему мнению, это передергивание правильных теорий в неправильных условиях. Все подобные теории – это модели мира, имеющие свои ограничения и область применения, где они показывают более-менее корректные результаты. Квантовая теория – модель (только одна из) МИКРОМИРА и к нашему макромиру никак не может быть применима. Слегка «доработан» и принцип неопределенности Гейзенберга, который применим ИСКЛЮЧИТЕЛЬНО к миру элементарных частиц. Подобно тому, и теория относительности Эйнштейна, которая применима к миру околосветовых скоростей, не проявляется в нашей повседневной жизни, например, в отношениях водитель – гаишник с радаром.
В нашем макромире – все проще и все сложнее, чем в квантовой физике. Несмотря на то, что он наиболее точно описывается механистическими, а никак не квантовыми законами, в нем больше многообразия, а взаимодействия сложнее и непредсказуемее. Поэтому он мне больше нравится
> С точки зрения современной науки нельзя сказать
точно: существует ли мир в тот момент когда мы на него не смотрим.
Вывод основан на принцип неопределенности Гейзенберга, который является абстрактной моделью, подходящей для физики элементарных частиц. Но никак не мира в целом.
Сашо responded on 18 мая 2009 at 23:28 #
Блестяще. Получил удовольствие от чтения; от того, что вспоминал то, чему когда-то учили.
Не согласен лишь с частью комментария, а именно
>Несмотря на то, что он наиболее точно описывается механистическими, а >никак не квантовыми законами, в нем больше многообразия, а >взаимодействия сложнее и непредсказуемее.
Хотя квантовую (и теоретическую) физику я изучал довольно поверхностно, но мне не кажется, что взаимодействия в нём сложны и непредсказуемы.
Они довольно просты и вполне предсказуемы — и изучить их легче хотя бы потому, что наблюдения за такими взаимодействиями происходят у человека постоянно; ему не требуется специальная аппаратура; он отмечает их постоянно, живёт средь них — а какая наука устоит перед человеком, если он с рождения ей занимается?
Когда-нибудь будет найдена и единая теория поля, и узнаем мы количество измерений пространства, и на всё у нас будет ответ.
Лишь бы этот ответ не заставил нас сожалеть о его поиске =)
Серго responded on 19 мая 2009 at 0:01 #
Забавно написано, да и вообще, Надежда, круг твоих интересов меня радует. Но приятнее жить в мире, - вернее ощущать мир вокруг себя детерминистичным. Да и правильнее.
Тут тоже самое что с теорией относительности: масса и время относительны и субъективны, но мы то их ощущаем одинаково.
Вот и такие вещи как случайный переход энергии в массу на уровне атома в МИКРОмире тоже не говорят о том, что в МАКРОмире всё случайно.
Даже наоборот- если вдуматься, такая вещь как карма - это же математическая модель, причина-закон-следствие, и закон кармы можно ощутить на себе так же легко как и ньютоновскую физику.
И вообще - квантовая физика- это не переворот в науке, по крайней мере в прикладной науке, а игра для бородатых дядек, кубик рубика. Воспринимать её близко к сердцу и на её основе заниматься философией это примерно как считать книгу Мат.анализ Фихтенгольца учебником по пикапу
гдето так
Nikolay responded on 20 мая 2009 at 23:44 #
Это в те же ворота: http://bolknote.ru/2009/04/03/~2073