додати матеріал


Двоїста природа мікрочастинок моделі атома Бора

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

Московський гуманітарно-економічний інститут
Волгоградське представництво
РЕФЕРАТ ПО КОНЦЕПЦІЇ СУЧАСНОГО природознавства
Тема: Подвійна природа МІКРОЧАСТИНОК моделі атома Бора
Виконала студентка 1 курсу
Ф-6З-01
Колпакова Ксенія Євгенівна
Рецензент: Левін
Олександр Олександрович
м. Волгоград, 2001
ЗМІСТ
ВСТУП ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .3
НІЛЬС БОР - ВЧЕНИЙ І ЛЮДИНА ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 5
УСПІХИ І НЕДОЛІКИ ТЕОРІЇ БОРА ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 6
ВИСНОВОК ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .27
СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 28
ВСТУП
Ось Бор всім відомий ...
А ось додатковий закон,
Який був Бором проголошений,
Який описує з двох сторін
Як електрон, так і протон
Атома,
Який побудував Бор.
А ось електронні рівні
Атома,
Який побудував Бор.
Які спектр характерний дають
На них перескакують електрони,
Атома
Який побудував Бор.
А ось ядро
Атома,
Який побудував Бор,
Яке бачить він як краплю,
Яка знаходиться точно в центрі
Атома,
Який побудував Бор.
Вірші Р.Є. Пайерлса на честь сімдесятої річниці з дня народження Нільса Бора.
У своєму виступі на вечорі пам'яті Нільса Бора в Політехнічному музеї в Москві 16 грудня 1962 академік І. Є. Тамм сказав: "Бор не тільки був засновником квантової теорії, яка відкрила людству шлях до пізнання нового світу - світу атомів і елементарних часток - і тим самим проклала шлях в атомний вік і дозволила опанувати атомною енергією. Праці Бора поряд з роботами Ейнштейна зробили вирішальний вплив не тільки на фізику нашого століття, але і на сучасне наукове світогляд в цілому ".
Однією з головних наукових робіт Нільса Бора є його стаття "Про будову атомів і молекул", три частини якої вийшли в липні, вересні та листопаді 1913 року. У ній Бор розглядав модель атома Резерфорда з використанням кванта дії Планка. Отримавши, надалі, назва модель атома Резерфорда-Бора пояснювала багато фізичних явищ і стала основою квантової теорії.
НІЛЬС БОР ВЧЕНА І ЛЮДИНА
Нільс Бор народився 7 жовтня 1885 р. в Копенгагені. Батько Нільса Бора, професор Християн Бор був відомим фізіологом. У 1903 р. Нільс надходить до Копенгагенського університету. У 1907 р. йому присуджується золота медаль Королівської Датської академії за експериментальне дослідження поверхневого натягу рідин. У 1909 р. Бор отримує ступінь магістра наук, а потім в лютому 1911 р. - докторську ступінь.
У вересні того ж року бор отримує стипендію Карлсбергского фонду для стажування за кордоном у Дж. Дж. Томсона в Кавендішської лабораторії.
У березні 1912 р. він переїжджає до Резерфорду в Манчестер. У лабораторії Резерфорда він зіткнувся з труднощами теорії атома того часу: стійкість планетарного атома не сумісна з законами класичної електродинаміки і механіки. Виходячи з теорії квантування енергії, Бор створює свою теорію.
1918 р. - Бор дає загальне формулювання принципу відповідності.
1921 р. - відкриття інституту Бора.
1927 р. - формулювання принципу додатковості.
1933 р. - прихід до влади Гітлера, створення Бором Данського комітету допомоги німецьким вигнанцям-антифашистам.
1934 р. - перша поїздка в Радянський Союз.
1937 р. - робота Бора - Калькара про перетворення атомних ядер.
1944 р. - робота в Лос-Аламосі. Бор передбачає майбутню політику атомного шантажу, зустрічі з Рузвельтом і Черчіллем, боротьба за міжнародний контроль над ядерною зброєю.
1950 - Бор пише "Відкритий Лист" ООН з програмою боротьби за мир.
Нільс Бор був не тільки видатний учений, але і затятий борець за мир, за невійськове використання ядерної енергії. Смерть Бора 18 листопада 1962 - це втрата людством не тільки чудового вченого, але і велику людину.
УСПІХИ І НЕДОЛІКИ ТЕОРІЇ БОРА
Ядерна модель атома Резерфорда одержала свій подальший розвиток завдяки роботам Нільса Бора, у яких вчення про будову атома нерозривно пов'язується з вченням про походження спектрів.
Лінійчатих спектри виходять при розкладанні світла що випускається розпеченими парами або газами. Кожному елементу відповідає свій спектр, що відрізняється від спектрів інших елементів. Більшість металів дає дуже складні спектри, що містять величезне число ліній (у залозі до 5000), але зустрічаються і порівняно прості спектри.
Розвиваючи ядерну теорію Резерфорда, учені прийшли до думки, що складна структура лінійчатих спектрів обумовлена ​​відбуваються усередині атомів коливаннями електронів. По теорії Резерфорда, кожен електрон обертається навколо ядра, причому сила притягання ядра врівноважується відцентровою силою, що виникає при обертанні електрона. Обертання електрона зовсім аналогічно його швидким коливанням і повинне викликати випромінення електромагнітних хвиль. Тому можна припустити, що повертається випромінює світло певної довжини хвилі, що залежить від частоти обертання електрона по орбіті. Але, випромінюючи світло, електрон втрачає частину своєї енергії, в наслідок чого порушується рівновага між ним і ядром; для відновлення рівноваги електрон повинний поступово пересуватися ближче до ядра, причому так само поступово буде змінюватися частота обертання електрона і характер випускається їм. Зрештою, вичерпавши всю енергію, електрон повинний "упасти" на ядро, і випромінювання світла припиниться. Якби насправді відбувалася така безупинна зміна руху електрона, то і спектр виходив би завжди безупинний, а не з променями визначеної довжини хвилі. Крім того, "падіння" електрона на ядро ​​означало б руйнування атома і припинення його існування. Таким чином, теорія Резерфорда була неспроможна пояснити не тільки закономірності в розподілі
ліній спектра, ні і саме існування лінійчатих спектрів. У 1913 р. Бор запропонував свою теорію будови атома, у якій йому вдалося з великим мистецтвом погодити спектральні явища з ядерною моделлю атома, застосувавши до останньої так звану квантову теорію випромінювання, введену в науку німецьким ученим-фізиком Планком. Сутність теорії квантів зводиться до того, що промениста енергія випускається і поглинається не безупинно, як приймалося раніш, а окремими малими, але цілком визначеними порціями - квантами енергії. Запас енергії випромінюючого тіла змінюється стрибками, квант за квантом; дробове число квантів тіло не може ні випускати, ні поглинати. Величина кванта енергії залежить від частоти випромінювання: чим більше частота випромінювання, тим більше величина кванта. Кванти променистої енергії називаються також фотонами. Застосувавши квантові уявлення до обертання електронів навколо ядра, Бор поклав в основу своєї теорії дуже сміливі припущення, або постулати. Хоча ці постулати і суперечать законам класичної електродинаміки, але вони знаходять своє виправдання в тих разючих результатах, до яких приводять, і в тій цілковитій згоді, що проявляється між теоретичними результатами і величезним числом експериментальних фактів. Постулати Бора полягають у наступному: Електрон може рухатися навколо не по будь-яких орбітах, а тільки по таких, котрі задовольняють визначеним умовам, що випливають з теорії квантів. Ці орбіти одержали назви стійких чи квантових орбіт. Коли електрон рухається по одній з можливих для нього стійких орбіт, то він не випромінює. Перехід електрона з вилученої орбіти на більш близьку супроводжується втратою енергії. Загублена атомом при кожнім переході енергія перетворюється в один квант променистої енергії. Частота випромінюваного при цьому світла визначається радіусами тих двох орбіт, між якими відбувається перехід електрона. Чим більше відстань від орбіти, на якій знаходиться електрон, до тієї, на яку він переходить, тим більше частота випромінювання. Найпростішим з атомів є атом водню; навколо ядра якого обертається тільки один електрон. Виходячи з приведених постулатів, Бор розрахував радіуси можливих орбіт для цього електрона і знайшов, що вони відносяться, як квадрати натуральних чисел: 1: 2: 3: ... n Величина n одержала назву головного квантового числа. Радіус найближчої до ядра орбіти в атомі водню дорівнює 0,53 ангстрема. Обчислені звідси частоти випромінювань, що супроводжують переходи електрона з однієї орбіти на іншу, виявилися в точності співпадаючими з частотами, знайденими на досліді для ліній водневого спектра. Тим самим була доведена правильність розрахунку стійких орбіт, а разом з тим і можливість застосувати постулатів Бора для таких розрахунків. Надалі теорія Бора була поширена і на атомну структуру інших елементів, хоча це було пов'язано з деяким труднощами із-за її новизни.
Теорія Бора дозволила розв'язати дуже важливе питання про розташування електронів в атомах різних елементів і установити залежність властивостей елементів від будови електронних оболонок їхніх атомів. В даний час розроблені схеми будови атомів усіх хімічних елементів. Однак, мати на увазі, що всі ці схеми це лише більш-менш достовірна гіпотеза, що дозволяє пояснити багато фізичних і хімічних властивостей елементів. Як відомо, число електронів, що обертаються навколо ядра атома, відповідає порядковому номеру елемента в періодичній системі. Електрони розташовані по шарах, тобто кожному шару належить визначене заповнюють чи як би насичують його число електронів. Електрони того самого шару характеризуються майже однаковим запасом енергії, тобто перебувають приблизно на однаковому енергетичному рівні. Вся оболонка атома розпадається на кілька енергетичних рівнів. Електрони кожного наступного шару знаходяться на більш високому енергетичному рівні, чим електрони попереднього шару. Найбільше число електронів N, що можуть знаходитися на даному енергетичному рівні, дорівнює подвоєному квадрату номера шару:
N = 2n * n
де n-номер шару. Крім того, встановлено, що число електронів у зовнішньому шарі для всіх елементів, крім паладію, не перевищує восьми, а в передостанньому - вісімнадцяти. Електрони зовнішнього шару, як найбільш віддалені від ядра і, отже, найменш міцно зв'язані з ядром, можуть відриватися від атома і приєднуватися до інших атомів, входячи до складу зовнішнього шару останніх. Атоми, які втратили одного або декількох електронів, стають заряджені позитивно, тому що заряд ядра атома перевищує суму зарядів залишилися електронів. Навпаки атоми що приєднали електрони стають заряджені негативно. Утворені таким шляхом заряджені частки, якісно відмінні від відповідних атомів. називаються іонами. Багато іони у свою чергу можуть втрачати чи приєднувати електрони, перетворюючись при цьому чи в електронейтральні атоми, чи в нові іони з іншим зарядом. Теорія Бора зробила величезні послуги фізики і хімії, підійшовши, з одного боку, до розкриття законів спектроскопії і поясненню механізму лучеиспускания, а з іншого - до з'ясування структури окремих атомів і встановленню зв'язку між ними. Однак залишалося ще багато явищ у цій області, пояснити які теорія Бора не могла.
Рух електронів в атомах Бор представляв як просте механічне, проте воно є складним і своєрідним. Ця своєрідність було пояснено нової квантової теорії. Звідси і пішло: "Карпускулярно-вролновой дуалізм".
Ідея відповідності грала головну роль у формуванні та розвитку концепції додатковості Бора, що стала ядром копенгагенської інтерпретації квантової теорії. Відповідно до цієї концепції, для повноти опису явища в мікросвіті необхідно використовувати класичні поняття, які, хоча і є взаємовиключними, але взаємно доповнюють один одного і дають вичерпну інформацію про явище.
Розповідають, що коли Н. Бор був у Японії, на о.Хонсю, то, милуючись Фудзіяма, він назвав її "втіленням самої ідеї додатковості". Бор говорив, що тільки сукупність різних сприймань під різними кутами і з різних позицій може передати повну чарівності картину повітряних і струнких ліній гори, як це намагався зробити і зробив Хокусай у своїх знаменитих "Ста картинах Фудзіями". Саме в цьому і полягає ідея додатковості: не віддавати перевагу якому-небудь окремому спостереження, аспекту, стороні, властивості, а вважати, що всі різні спостереження, аспекти, погляди необхідні як взаємодоповнюючі один одного елементи, що дають максимально повне в даної пізнавальної ситуації опис об'єкта дослідження. Концепція додатковості, що з'явилася як необхідна умова для пояснення і розуміння квантової проблеми, прекрасна в принципі, перетворилася на своєрідний стиль мислення, який по суті своїй глибоко діалектич.
Рассмотрівая зв'язок між додатковим і відповідністю і між додатковими і відносністю, необхідно коротко зупинитися на можливості тлумачення принципу додатковості як універсального принципу і на деяких заперечення проти такого тлумачення. Така пильна увага до принципу додатковості не випадково. У подальшому стане ясно, що зв'язок між додатковими, відповідністю та відносністю істотна, оскільки лежить у фундаменті загальної системи методологічних принципів.
Почнемо зі зв'язку між додатковими і відповідністю. Ще на самому початку створення теорії атома водню Бор застосовував неквантовие поняття до квантової фізики настільки, наскільки це було можливо, незважаючи на поширену думку про те, що класичні поняття неадекватні в квантової області. Бор розумів, що перехід до атомних систем не можна здійснити в повній мірі за допомогою класичного апарату, але зазначав, що "динамічну рівновагу системи в стаціонарних станах можна розглядати за допомогою звичайної механіки", правда "перехід системи з одного стаціонарного стану в інше не можна трактувати на цій основі "1. Відомо було також, що закони, які стосуються області довгохвильового випромінювання, відповідають законам класичної електродинаміки. Така аналогія, точніше відповідність, виглядала спочатку суто формальної, але надалі стала очевидною її виняткова плідність. Спираючись на аналогію, Бор будував міст до майбутньої концепції додатковості. Він з повною підставою стверджував, що, незважаючи на фундаментальні відмінності між класичною теорією випромінювання та квантової ідеєю, можна отримувати результати, засновані на квантових уявленнях, але доповнюють висновки, засновані на класичній теорії, і в той же час доповнюються ними.
Так по дорозі аналогії Бор закономірно прийшов до принципу відповідності, а від нього до принципу додатковості. Це не випадково, тому що такий шлях є шлях симетрії. Аналогія як єдність протилежностей (зміни і збереження) є специфічною формою симетрії. І якщо принцип відповідності вимагає розглядати квантову теорію як раціональне узагальнення класичної теорії випромінювання, то за аналогією Бор стверджує, що принцип додатковості є раціональним узагальненням самого класичного ідеалу причинності. "Додатковий спосіб опису, - підкреслює Бор, - насправді не означає довільного відмови від звичних вимог, що пред'являються до всякого пояснення, навпаки, він має на меті підходяще діалектичне вираз дійсних умов аналізу і синтезу в атомній фізиці" 2.
Як можна бачити, Бор хоча і протиставляє поняття додатковості і причинності, але не розводить їх настільки, щоб між ними залишалася непрохідна прірву: додатковість він розглядає як момент в русі фізики до ідеалу причинності. Вчений стверджує, що поняття додатковості є раціональне розвиток "наших способів класифікувати і розуміти нові досліди, які за своїм характером не знаходять собі місця в рамках причинного опису; останнє годиться для пояснення поведінки об'єктів, тільки поки це поведінка не залежить від способів спостереження. Точка зору додатковості далека від будь-якого містицизму, що суперечить духу науки; в дійсності вона представляє собою послідовне узагальнення ідеалу причинності "3. Тим самим єдиний класичний ідеал причинності в квантовій фізиці роздвоюється, тобто "Просторово-часову координацію і динамічні закони збереження можна розглядати як два додаткових аспекту звичайної причинності, які в цій області до деякої міри виключають одне одного, хоча жоден з них не втрачає своєї внутрішньої законності" 4. У цих роздумах Бора видно зв'язок, аналогія, спадкоємність між принципами відповідності та додатковості: два додаткових аспекту не зникають, а зберігаються в новому квантовому описі, оскільки цього вимагає ідея відповідності.
Отже, принцип відповідності призводить Бора до концепції додатковості. З плином часу Бор все більш переконується, що класичні поняття ніколи не будуть відсторонені від квантової теорії. Він вважає, що "будь-яке опис природи має бути засноване на використанні уявлень, введених і певних класичною теорією. У зв'язку з цим постає питання про можливість подання принципів квантової теорії в такій формі, щоб це використання класичних уявлень виявилося вільним від протиріч "5.
Необхідність застосування класичних понять у квантовій фізиці випливає з того факту, що ми не можемо повідомляти один одному результати експериментів ніяк інакше, окрім як за допомогою нашого звичайного класичної мови, класичних понять, вироблених в результаті нашого повсякденного класичного досвіду. Бор пише, що "мета будь-якого фізичного досвіду є отримання даних при відтворних і піддаються словесної передачі умовах. Ця мета не залишає нам ніякого іншого вибору, як користуватися повсякденними поняттями, може бути поліпшеними термінологією класичної фізики, не тільки при описі пристрою і роботи вимірювальних приладів, але також і при описі одержуваних експериментальних результатів "6.
І надалі Бор послідовно проводить цю думку: "... Як би далеко не виходили квантові ефекти за межі можливостей аналізу класичної фізики, - пише вчений у статті" Про поняттях причинності і додатковості ", - опис експериментальної установки та реєстрація результатів спостереження завжди повинні здійснюватися на звичайній мові, доповненому термінологією класичної фізики. Це є просте логічне вимога, оскільки слово "експеримент" по суті може застосовуватися лише для позначення такої ситуації, коли ми можемо розповісти іншим, що ми зробили і що дізналися в результаті "7. У статті "Максвелл і сучасна теоретична фізика" Бор також підкреслює, що будь-яке фізичне опис необхідно здійснювати на мові класичної фізики: "... Ми повинні усвідомити, що недвозначне тлумачення будь-якого вимірювання повинен бути по суті виражено в термінах класичних теорій, і ми можемо сказати, що в цьому сенсі мова Ньютона і Максвела залишиться мовою фізиків на всі часи "8. У дискусії з А. Ейнштейном він знову стверджує, що "як би далеко не виходили явища за рамки класичного фізичного пояснення, всі досвідчені дані повинні описуватися за допомогою класичних понять" 9.
Через виняткову важливість цієї ідеї А.3.Петров запропонував назвати її принципом Бора, який можна сформулювати наступним чином: теорія повинна бути такою, щоб вона відповідала термінології, понять і інформації, одержуваної в ході експериментів 10. Цей принцип разом із принципами відповідності та додатковості висловлює сутність "квантової гносеології". У сукупності вони забезпечують умови створення справжньої фізичної теорії - збереження класичних понять і можливість порівнювати теоретичні висновки з експериментальними даними. Але, отже, даний принцип, по суті, являє собою принцип збереження, який стверджує, що при переході від класичної теорії до квантової класичний мова зберігається.
З точки зору П. Фейєрабенда, Дж.Холтона, В. П. Хютте та деяких інших дослідників, принцип додатковості являє собою вищий етап у розвитку квантової теорії, так як доповнення добре узгодить квантове зміст явища і його класичне опис, згладжує між ними контрасти. Класичний опис фізичної реальності, яке вимагає відповідності, залишається, але як особливий, додатковий спосіб.
Відомо, що Бор давав багато формулювань додатковості, але не вживав слово "принцип". Одна з цих формулювань наведена в останній його роботі, виданій вже посмертно: неможливість об'єднати явища, що спостерігалися при різних експериментальних умовах, в єдину класичну картину робить необхідним розглядати такі явища, що виглядають суперечливими, як додаткові в тому сенсі, що вони, взяті разом, вичерпують всі з'являються певні висновки про атомні об'єкти. Тому сутність принципу додатковості, як зазначає В. П. Хютте, зводиться до визнання, що повний опис квантового явища за допомогою класичних уявлень і понять можливе тільки за наявності двох додаткових по відношенню один до одного систем понять 13. Доповнюваність двох концептуальних систем означає, що, по-перше, концептуальні системи є з класичної точки зору взаємовиключними, але створюють єдину наочну картину, по-друге, взяті разом, ці дві системи дають вичерпну інформацію про квантовий об'єкті, при цьому будь-якої однієї системи самої по собі для повного опису мікрооб'єктів недостатньо, по-третє, дві концептуальні системи еквівалентні і жодна з них не може бути єдино істинною.
У принципі додатковості, згідно з В. П. Хютте, виявляється своєрідний, негегелевскій тип діалектики, оскільки ні тезу, ні антитеза не можуть бути "зняті" при перетворенні сутності в сутність більш високу. Альтернатива продовжує існувати у формі "або одне, або інше", при цьому вибір залежить від експериментальних умов. Як писав Дж.Холтон, через принцип додатковості Бор запропонував нову, не відому до нього форму вираження фізичного знання, відповідно до якої дві альтернативи фізичного пояснення явища - і тезу, і антитезу - повинні застосовуватися одночасно, хоча кожна сама по собі не є адекватною . Альтернативи залишаються в стані конфронтації, але розвиваються паралельно, а не поглинають одна одну через "зняття", як того вимагає гегелівська діалектика, що трактує рух в якості однолінійного прогресивного сходження. Доповнюваність, і це дуже важливо з позицій сучасної фізики, не ставить питання про "зняття" класичного способу опису як неадекватного, а навпаки, класична фізика зберігає відносну самостійність при описі квантових об'єктів. Мало того, спільне додаток двох способів опису - класичного і квантового - може дати повний опис. Отже, концепція додатковості відображає особливий, негегелевскій тип діалектики в розвитку понять.
Іншої точки зору дотримується В. Т. Мещеряков, який стверджує, що доповнюваність є особлива форма відповідності. Відразу необхідно зазначити, що цей дослідник відстоює широке розуміння терміну "відповідність". На його думку, відповідність передбачає два види відносин: між первинним і вторинним як двома різними стадіями у розвитку даної системи і між двома взаємодіючими сторонами одного цілого. Ці два види відносин відповідності дозволяють розрізняти характер і сутність зазначених сторін, оскільки виражають єдність станів і властивостей, але разом з тим утворюють єдність, у якому внутрішні відносини є джерелом розвитку. Звідси В. Т. Мещеряков виділяє два види відповідності: функціональне (спадкоємне, послідовне) і додаткове (паралельне). Функціональна відповідність відображає рух від старого до нового, від простого до складного і неминуче породжує додаткове відповідність між тим, що збереглося від старого, і новим, яке з'явилося на основі старого. Зв'язок між етапами розвитку теорії відповідає функціональному відповідності, так як найважливішої рисою цього виду відповідності є наступність 14.
Що стосується додатковості, то В. Т. Мещеряков припускає, що вона характеризує ознаки подібності та відмінності, як і функціональна відповідність, але при цьому відрізняється від останнього. Дослідник стверджує, що доповнюваність як відношення являє собою різновид функціонального відповідності і відрізняється від нього перш за все тим, що виражає зв'язок не стадій, а сторін, складових частин, елементів системи як деякої якісної визначеності 15.
Такі погляди призвели В. Т. Мещерякова до висновку, що в результаті вивчення проблеми квантово-хвильового дуалізму та аналізу відносини між новою квантової і старої класичної теоріями зміст фізичної теорії збагатилося двома видами відповідності - функціональним і додатковим. І якщо функціональна відповідність відображає об'єктивну наступність у розвитку системи, то додаткове відповідність саме має об'єктивний характер, і, отже, додатковість представляє собою не тільки методологічне правило, свідоме додаток якого є ефективним як теоретичної діяльності: об'єктивна доповнюваність як фундаментальна властивість, властиве об'єкту пізнання, полегшує завдання подальшого вивчення відносин протилежностей 16.
Інші автори, і зокрема І. С. Алексєєв, Л. Б. Баженов, В. А. Раджабов, не згодні з таким підходом, коли два принципи квантової теорії розглядаються в певній ієрархічній залежності: відповідність як форма пояснення додатковості або навпаки. Як вважає І. С. Алексєєв, навряд чи доцільно в логічному відношенні віддавати перевагу тій чи іншій ідеї. На його думку, точніше буде трактувати ці принципи як два різних приватних прояву загальної ідеї "раціонального узагальнення" класичної фізики. При такому тлумаченні ні відповідність, ні доповнюваність не є логічно первинним принципом по відношенню до іншого. Історично першою з'явилася ідея відповідності, що стала концептуальною передумовою додатковості, за допомогою якої вперше було здійснено раціональне узагальнення класичних уявлень і визнана необхідність некласичного використання класичних понять у квантовій області. Поява цієї ідеї фактично означало реалізацію додаткового способу мислення 17.
У послідовників Бора теж немає єдиного погляду на логічний зв'язок між ідеями відповідності та додатковості. Одні автори вважають, що ідея відповідності - це специфічна характеристика квантового способу опису. Ідея відповідності представляє собою епістемологічної ядро ​​копенгагенської інтерпретації, оскільки доповнюваність виражає специфічні особливості квантового узагальнення. Інші автори, наприклад Дж.Холтон, М. Джеммер, такої інтерпретації не дотримуються.
Всі ці міркування дозволяють розглянути можливість визначення додатковості як універсального принципу. Інтелектуальні інтереси Бора постійно виходили за межі фізики, і тому цілком природно, що він намагався застосувати концепцію додатковості до інших областей людського знання.
Бор переконаний, що квантова теорія дає "засіб для висвітлення найбільш загальних питань людського мислення" 21. Він бачить аналогію між зв'язком атомних явищ з їх спостереженнями і психологічними процесами, де важко відокремити об'єктивний зміст від спостерігає суб'єкта. "... З одного боку, опис нашої розумової діяльності вимагає протиставлення об'єктивно заданого змісту і мислячого суб'єкта, а з іншого, як вже ясно, - ... не можна строго розмежувати об'єкт і суб'єкт, оскільки останнє поняття також належить до змісту. З такого стану речей слід не тільки відносність залежного від сваволі при виборі точки зору значення кожного поняття або, вірніше, кожного слова; ми повинні взагалі бути готовими до того, що всебічне висвітлення одного і того ж предмета може зажадати різних точок зору, що перешкоджають однозначного опису . Строго кажучи, глибокий аналіз будь-якого поняття і його безпосереднє застосування взаємно виключають одне одного "22.
Бор переносить свою концепцію додатковості і в область біології. Він обгрунтовує думку, що два підходи - біологічний і фізико-хімічний - додатково. Біологічні та фізичні дослідження непорівнянні, оскільки для тих і інших існують свої обмежені області реальності. Адже якщо ми уявимо повністю знищений живий організм, то як ми дізнаємося, яка роль окремих атомів у життєвих процесах? В усякому досвіді над живим організмом є деяка невизначеність у фізичних умовах, і тому "виникає думка, що мінімальна свобода, яку ми змушені надавати організму, як раз достатня, щоб дозволити йому, так би мовити, приховати від нас свої останні таємниці. З цієї точки зору саме існування життя має в біології розглядатися як елементарний факт, подібно до того, як в атомній фізиці існування кванта дії слід приймати за основний факт, який не можна вивести зі звичайної механічної фізики. Дійсно, істотна незвідність факту стійкості атомів до понять механіки являє собою близьку аналогію з неможливістю фізичного або хімічного пояснення своєрідних відправлень, що характеризують життя "23.
Згідно Бору, фундаментальна відмінність між біологічними та фізичними дослідженнями робить неможливим встановлення твердих меж програми фізичних ідей до вирішення біологічних проблем, кордонів, яким відповідало б у квантовій механіці відмінність між причинним механістичним описом і описом власне квантових явищ. "... Сутність даної аналогії, - пише Бор, - це очевидне антагоністичне ставлення між такими типовими сторонами життя, як самозбереження і розмноження індивідуумів, з одного боку, і необхідна для будь-якого фізичного аналізу підрозділ об'єкта - з іншого" 24. Бор вважає, що біологічні закони є додатковими до законів, яким підкоряється нежива природа. Значення ідеї додатковості в біології вчений бачить також у тому, що "принцип додатковості відкидає будь-який компроміс із будь-яким антіраціоналістіческім віталізму", і в той же час він "з рівним успіхом може служити викриття певних забобонів так званого механістичного розуміння" 25.
У лекції "Філософія природознавства і культури народів", прочитаної в 1939 р. в замку Кронеборг, де розвивалося дію шекспірівського "Гамлета", Бор спробував прикласти свою ідею додатковості до соціології. Знову ж таки йдучи шляхом аналогій, він припустив, що "при вивченні людських культур, відмінних від нашої власної, ми маємо справу з особливою проблемою спостереження, яка при ближчому розгляді виявляє багато ознак, спільних з атомними або психологічними проблемами" 26. Далі Бор говорить, що "особливо при вивченні культур первісних народів етнологи не тільки віддають собі звіт про ризик зіпсувати таку культуру неминучим контактом, але зустрічаються, крім того, і з проблемою впливу таких досліджень на їх власну позицію як людей" 27. "Я маю тут на увазі, - пояснює він, - добре знайоме дослідникам невідомих країн потрясіння їх власних, до тих пір не усвідомлених забобонів, яке вони відчувають, зустрівши несподівану внутрішню гармонію, яку людське життя може уявити навіть за умов і традиціях, радикально відмінних від їх власних "28.
На думку Бора, різні людські культури додатковими один до одного. При цьому "кожна культура являє собою гармонійне рівновагу традиційних умовностей, за допомогою яких приховані потенційні можливості людського життя можуть розкритися так, що виявлять нові сторони її безмежного багатства та різноманіття" 29. Але оскільки немає абсолютно самобутніх культур, Бор і припустив, що в галузі етнографії застосовна ідея додатковості, яка буде сприяти взаєморозумінню, бо "в цій області не може бути й мови про такі взаємно виключають одне одного співвідношеннях, як ті, які є між додатковими даними про поведінку чітко визначених атомних об'єктів "30.
Вважаючи, що головною перешкодою у встановленні неупереджених відносин між різними людськими культурами є глибокі відмінності між традиціями, Бор вважав, що ці відмінності виключають всяке просте порівняння культур. І саме тут велика роль додатковості як засобу, що дозволяє вийти з такого становища. Додатковий спосіб мислення може відкрити великі перспективи для гуманітарних досліджень. Суть же останніх полягає в тому, щоб "все більше і більше розширюючи наші знання з історії розвитку культури, сприяти тому поступовому усуненню упереджень, що є спільною метою всіх наук" 31.
Аналогічним чином Бор розглядає і відносини між наукою і мистецтвом, між наукою і релігією. Крім того, він припускає, що положення окремого індивіда в суспільстві описується типово додатковими характеристиками, які залежать від співвідношення (вельми рухомого) між особистісними цінностями і суспільними нормами. Загальну мету всіх культур Бор бачить у найтіснішому поєднанні "справедливості та милосердя, якого тільки можна досягти, тим не менше слід визнати, що в кожному випадку, де потрібно строго застосувати закон, не залишається місця для прояву милосердя, і навпаки, доброзичливість і співчуття можуть вступити в конфлікт із самими принципами правосуддя. У багатьох релігіях цей конфлікт ілюструється міфами про битви між богами, що втілюють такі ідеали, а в давньосхідної філософії це підкреслюється наступним мудрою порадою: домагаючись гармонії людського життя, ніколи не забувай, що на сцені буття ми самі є як акторами, так і глядачами "32 .
Міркуючи на основі методу аналогії і виявляючи загальні риси мікрооб'єктів, живих організмів, свідомості, суспільства і людських культур, Бор перетворив свій принцип додатковості з фізичного в універсальний філософський принцип з найбільш загальним методологічним значенням. "У загальнофілософської аспекті, - писав він, - знаменно тут те, що стосовно аналізу та синтезу в інших областях знання ми зустрічаємося з ситуаціями, нагадують ситуацію в квантовій фізиці. Так, цілісність живих організмів і характеристики людей, що володіють свідомістю, а також і людських культур представляють риси цілісності, відображення яких вимагає типово додаткового способу опису. Передача досвідчених фактів у цих великих галузях знання вимагає багатого словника, а через те, що словами іноді надається різний зміст, і перш за все із-за відмінності в прийнятих у філософській літературі тлумаченнях поняття причинності, мета такого роду зіставлень часто розумілася перекручено. Але поступово розвиток термінології, придатної для опису більш простій ситуації в галузі фізики, показує, що ми маємо тут справу не з більш-менш туманними аналогіями, а з виразними прикладами логічних зв'язків, які в різних контекстах зустрічаються в більш широких областях знання "33.
Концепція додатковості Бора, - за словами Л. де Бройля, одна з найбільш оригінальних ідей - викликала багато суперечок і дискусій, які не припиняються і зараз. З приводу додатковості висловлюються самі різні точки зору і самі суперечливі оцінки. Тут у наявності весь спектр думок: від повного визнання поглядів Бора до повного і категоричного їх заперечення. І це не випадково. Бор ділив істини на дві категорії, про яких ми вже неодноразово говорили. Доповнюваність відноситься, за його термінологією, до категорії "глибоких істин". Саме тому вона і склала предмет гарячих суперечок і довгих дискусій, стала об'єктом обширнейших досліджень. Як цілком справедливо зазначив С. В. Остапенко, квантова механіка поставила людину в ситуацію, коли вікова психологічна потреба в твердому й однозначному відповіді на всі питання явно вступила в протиріччя з реальністю, про що свідчить сучасний етап розвитку наукового пізнання 34.
Необхідно відзначити, що і в рамках копенгагенської інтерпретації квантової механіки з приводу ідеї додатковості існували серйозні різночитання. Навіть прихильники Бора не мали єдиної думки щодо додатковості. Образно кажучи, Копенгагенська інтерпретація - це не єдина позиція, а єдиний фронт взаємно додаткових позицій. На думку К. Вейцзеккером, ця інтерпретація хоч і коректна і неминуча, але ніколи не була повністю зрозуміла і сама потребувала інтерпретації. Та й філософська інтерпретація додатковості є проблемою. І якщо Вейцзеккером намагався зрозуміти сутність додатковості в світлі філософії Канта, то інші автори трактували її з позицій прагматизму. Якщо П. Йордан дивився на додатковість через призму позитивізму, то Л. Розенфельд - найближчий співробітник Бора - звертався до діалектичного матеріалізму, а сам Бор взагалі утримувався від розгорнутої і однозначною філософської оцінки.
Розбіжності щодо додатковості в копенгагенської школі квантової механіки стали однією з причин того, що ідея додатковості не отримала повного визнання. І в той же час М. Джеммер стверджував, що після 1927 р. протягом двох з половиною десятиліть ця ідея стала єдиною загальновизнаною концепцією і залишилася такою досі для більшості фізиків 35. Іншою причиною відсутності повної довіри до поглядів Бора було те, що ідея додатковості не може бути виведена безпосередньо з квантової механіки. І це самий серйозний докір на адресу даної ідеї: дійсно, з математичного формалізму квантової механіки вона не виводиться. Однак це не недолік ідеї додатковості, а швидше її гідність. Саме тому доповнюваність постає перед нами як вища форма якісного пояснення, і немає ніякої необхідності шукати вказівок на те, який математичний формалізм за неї відповідальність. Від якості не можна вимагати виводимості його з кількості. Так, наприклад, на основі поняття "вода" не можна робити висновку, з якої кількості води складається крапля або море. Нарешті, істотно і те, що, як зазначав П. Фейєрабенд, ідея додатковості не являє собою "останнє слово". Природно, в сьогоднішньому своєму вигляді вона взагалі не може бути "останнім словом", так як ніщо не може претендувати на статус "абсолютної істини". Однак згідно з принципом відповідності, як би не змінювалася в майбутньому ідея додатковості, погляди Бора залишаться в золотій скарбниці людського пізнання.
Сучасні альтернативи концепції додатковості, як вважає В. П. Хютте, можуть бути розділені на три групи: 1) математико-фізичні альтернативи, засновані на надії так змінити рівняння Шредінгера, щоб стало можливим вивести "приховані параметри" і тим самим узаконити класичну онтологію; 2) математико-логічні альтернативи, в рамках яких формалізм квантової теорії зберігається, але переглядається логіка переходу від експериментальних даних до фізичного їх тлумачення таким чином, що будуть спростовані фундаментальні методологічні принципи дуалізму, невизначеності та додатковості; 3) критика методологічних і філософських підстав даної концепції , оскільки повна відмова від ідеї додатковості без критики і пояснення її суті не є позитивна розробка проблеми, тим більше що у квантовій механіці вона є принципово необхідної для інтерпретації останньої. Спільним для всіх цих альтернатив є прагнення подолати ідею додатковості, затвердити онтологію класичної фізики, закріпити уявлення класичної фізики про мікрооб'єкт як класичних частинках, що рухаються по суворо певних траєкторіях і підкоряються суворому лапласовскій детермінізмові.
Що стосується альтернатив першого типу, то всупереч старанням прихильників теорії "прихованих параметрів" вона до цих пір не досягла якихось успіхів. І, на наш погляд, перш за все тому, що подібні спроби, як і сама гіпотеза "прихованих параметрів", принаймні в нинішніх її варіантах, не відповідають принципу простоти.
Характерним прикладом другого типу альтернатив є ідеї К. Поппера. Як було показано Фейєрабенд, погляди Поппера являють собою якусь суміш думок Бора, ідей імовірнісної логіки, а також ідеї "прихованих параметрів", оскільки Поппер приписує часткам точні координати в даний, точно визначається (фіксується) момент часу. На думку В. П. Хютте, концепція Поппера близька до теорії квантових ансамблів Д. І. Блохінцева, яку свого часу критикував В. А. Фок.
До третього типу альтернатив концепції додатковості відносять, наприклад, критику, яку розвивають М. Бунге і І. Лакатоша. Згідно Бунге, концепція додатковості не є частиною або розділом квантової теорії. Ідея додатковості, вважає він, хоча і виглядає розумною в квантової теорії, коли люди мислять за допомогою класичних образів, у наш час вичерпала свої потенції. Сьогодні ця ідея стала виправданням неясності і протиріч 36. Але це ще не все: Бунге заперечує також загальний характер зв'язку між масою і енергією, співвідношення невизначеностей енергії-часу, існування віртуальних квантів. Але така "філософія фізики", яка дозволяє заперечувати основні закони природи, чи об'єктивна, як на щось претендує її автор.
В історичному плані в обговоренні методологічних і філософських проблем квантової теорії, відповідно до А. Полікарову, чітко виділяються три основні етапи. Перший етап визначається становленням квантової механіки, яка постає як контраверсія багатьом фізичним і філософських ідей. На цьому етапі відбувається цікава і плідна дискусія між Бором і Ейнштейном, що виступав проти додатковості. Початок 50-х років стало початком другого етапу, пов'язаного з дискусіями з фундаментальних проблем квантової теорії. Лінія Ейнштейна була продовжена в роботах Д. Бома і Л. де Бройля, які спробували реалізувати ідею "прихованих параметрів" і повернутися назад, до класичним уявленням. Сучасний етап, що почався в середині 60-х років, характеризується тим, що знову значно підвищився інтерес до філософських проблем квантової теорії, і найбільше - до проблем причинності зокрема і детермінізму в цілому 37.
Зупинимося коротко на основних контраверсія. Ейнштейн вважав, що хоча квантова теорія задовільно об'єднує опис корпускулярних і квантових властивостей матерії, але принципово незадовільно в неї ставлення до того, що, з його точки зору, є "вищою метою всієї фізики: повного опису реального стану довільної системи (існуючого, за припущенням , незалежно від акту спостереження або існування спостерігача) "38. Такий класичний ідеал фізичної картини світу був єдино прийнятним для Ейнштейна, і тому об'єктивно реальним вчений вважав те, що відноситься до об'єктів. Іншими словами, об'єктивна реальність - це об'єктна реальність. А так як реальність не залежить від будь-то вимірювання або спостереження, то всі вимірювальні процедури і умови спостереження з цих позицій необхідно розглядати як суб'єктивні, оскільки вони відносяться до пізнання об'єктивної, тобто об'єктної, реальності, але не до неї самої. Тому Ейнштейн вважав, що не можна погодитися з істинністю теоретичного опису, якщо воно залежить від спостереження, як того вимагає концепція додатковості.
Як контраверсії такого класичного розуміння фізичної реальності, відповідно до якого об'єктивне значить об'єктне, Бор висуває своє "раціональне узагальнення", що розширює поняття об'єктивного. Згідно Бору, об'єктивні не тільки об'єктне і не тільки характеристики досліджуваного об'єкта - об'єктивні також прийоми дослідження та характеристики приладів і вимірювальних процедур. Поняття об'єктивного у Бору виходить за традиційні, класичні рамки і включає уявлення про те, що відноситься до приладів і вимірювальних процедур, тобто про те, що з класичних позицій вважалося суб'єктивним. Якщо в класичній фізиці межа між суб'єктивним і об'єктивним була абсолютною, то у фізиці мікросвіту вона стає відносною. Діалектичний шлях пізнання як сходження від абстрактного до конкретного в даному випадку реалізується як заперечення абсолютної межі між суб'єктивним і об'єктивним і вимагає розуміння її відносності.
Саме об'єктивне існування кванта дії є причиною того, що "поведінка атомних об'єктів неможливо різко відмежувати від їх взаємодії з вимірювальними приладами, що фіксують умови, при яких відбуваються явища" 39. Ця неможливість встановлення твердих меж між об'єктом і приладом позбавляє сенсу класичне уявлення про абсолютно фіксованому відмінності між приладом і об'єктом. Протиставлення об'єкта і приладу виявилося не абсолютним, а самі вони - не незалежними один від одного, причому їх взаємозалежність, як з'ясувалося, визначається експериментальними умовами. Але оскільки згідно з класичною позицією те, що відноситься до приладу, суб'єктивно, остільки допущення відносності кордону між приладом і об'єктом призводить, якщо слідувати за Ейнштейном, до відмови від вивчення природи як об'єктивної реальності. Саме такі різні трактування об'єктивного і суб'єктивного у фізичному пізнанні стали основою полеміки між Бором і Ейнштейном.
У світлі сказаного викладена вище позиція М. Бунге, суть якої полягає в запереченні додатковості, обумовлена, мабуть, тим, що цей дослідник стоїть на класичних позиціях в інтерпретації об'єктивності фізичного пізнання. Оскільки для Бунге об'єктивне означає відноситься і належить до об'єкта, остільки квантова механіка, на його думку, має справу не з спостерігаються реальними об'єктами, а з експериментальними приладами. І тому вчений вважає, що доповнення веде до відмови від об'єктивності.
Спроби Бора застосувати ідею додатковості поза рамками фізики, в інших галузях знання, були зустрінуті по-різному. Більшість його співробітників визнавали універсальний характер додатковості. Згідно Л. Розенфельду, принцип додатковості необхідний, тому що забезпечує можливість широкого опису фундаментальних закономірностей природи, які не можуть бути охоплені єдиною картиною. Але, підкреслював Розенфельд, всі спроби побудувати систему філософії по Бору суперечать його власним установкам, тому що філософія Бора орієнтована на зведення всіх законів природи до невеликого числа принципів. Характерно, що Бор навіть уникав слова "принцип".
В. Гейзенберг також відстоював думку, що додатковість має універсальний характер. І в контексті розвитку фізики, вважав він, ця ідея пробуджує надії на те, що "в остаточному стані різні культурні традиції, нові і старі, будуть співіснувати, що дуже різнорідні людські прагнення можуть бути з'єднані для того, щоб утворити нову рівновагу між думками і дією, між спогляданням і активністю "41. М. Борн вважав, що ідея додатковості має загальне значення, тому що існує багато областей людської діяльності, де один і той же факт можна розглядати в різних, але взаємодоповнюючих аспектах 42. Він був згоден з Бором у тому, що подання про додатковості можна застосувати в інших галузях знання, зокрема в біології, психології, філософії, політиці, і заявляв, що не слід відмовлятися від такого збагачення нашого мислення 43. В. Паулі також вважав, що уявлення про додатковості виходить за рамки фізики. Його філософське значення полягає в тому, що воно, виступаючи проти однобічності, "могло б стати першим кроком на шляху прогресу до єдиної загальній картині світу, в якій природничі науки становлять лише частина" 44.
Фундаментальний факт квантової фізики - корпускулярно-хвильовий дуалізм - показує, що до мікрооб'єкти неможливо застосовувати класичні способи опису. Але разом з тим стало ясно, що об'єктивний опис мікросвіту неможливо і на шляху повної відмови від класичних способів опису, так як опис мікросвіту вимагає накладення деяких обмежень. Таким обмеженням є принцип невизначеностей Гейзенберга, не допускає при описі мікроявленій одночасної абсолютно точної локалізації в координатному та імпульсному просторі, як і одночасного абсолютно точного фіксування енергії і часу.
Класичний спосіб опису з його припущеннями - абсолютизацією і деталізацією - може застосовуватись для опису мікроявленій в тих випадках, коли можна не враховувати постійну Планка. Фактично саме ця фундаментальна величина і є прикордонний пункт між квантовим і класичним описом.
Квантовий спосіб опису явищ дозволяє передбачити конкретні реальні можливості акта вимірювання. Звертаючи увагу на умови, в яких відбувається вимірювання, дослідник також може передбачити пристрій і дію приладів, що визначають ці умови. Тому немає необхідності приписувати мікрооб'єкти такі властивості і стани, які принципово не можуть бути встановлені, на що фактично націлена гіпотеза "прихованих параметрів".
Вимірювальні пристрої і зовнішні умови експерименту описуються класичним способом через завдання їх характеристичних параметрів. Квантовий мікрооб'єкт проявляється при взаємодії з класичним приладом. Результат такої взаємодії - експериментальні дані, які пояснюються на основі тих чи інших теоретичних передумов і на базі яких, у свою чергу, робляться непрямі висновки про властивості об'єкта, вже передбачених теорією. І так як властивості мікрооб'єктів виявляються через взаємодію його з класичним приладом, то їх прояв обумовлюється пристроєм приладу і створюваними зовнішніми умовами. Яка сторона об'єкта - корпускулярна або хвильова - проявиться, залежить від приладу. Вивчення корпускулярних і хвильових властивостей всіх мікрооб'єктів вимагає несумісних зовнішніх умов, необхідних для різних класичних приладів. А це означає, що стає неможливим вивчати одночасно різні властивості і різні сторони мікрооб'єктів, деталізація ж поведінки мікрооб'єктів стає принципово неможливим.
Саме ці властивості, які проявляються при взаємовиключних умовах, Бор назвав додатковими. Тому згідно з В. А. Фоку, одночасний розгляд взаємно протилежних додаткових властивостей позбавлене сенсу, а сама ідея корпускулярно-хвильового дуалізму несуперечлива. Боровський принцип додатковості - твердження що корпускулярні і хвильові аспекти перебувають у додатковому відношенні, - відноситься не тільки до спостереження і тому є не тільки гносеологічний принципом. В. А. Фок вважає, що цей принцип відображає об'єктивні властивості природи і тому він є закон природи. І оскільки в основі квантового способу опису природи лежать результати взаємодії мікрооб'єктів з макропрібором, як раз необхідно ввести уявлення про відносність до засобів спостереження, яке є узагальненням ідеї відносності. Таке узагальнення подання про відносність, стверджує В. А. Фок, аж ніяк не означає що мікрооб'єкт менш реальний, ніж класичний прилад. Зовсім навпаки: уявлення про відносність до засобів спостереження дозволяє глибше і точніше характеризувати явища в мікросвіті.
Слід вказати також на те, що квантовий спосіб опису як більш конкретний і досконалий вимагає відповідного математичного апарату, застосування якого у свою чергу, веде до виявлення нових фундаментальних властивостей матерії. Тлумачення понять, що використовуються в квантовій теорії, диктує необхідність узагальнення поняття стану системи на основі понять ймовірності та потенційної можливості. Поняття ймовірності у квантовій механіці зовсім не говорить про деяку неповноту нашого знання про мікросвіт, а навпаки, будучи істотним елементом квантово-механічного опису, дає можливість уточнити саме уявлення про повноту опис. Поняття ймовірності істотно необхідно, оскільки для даних зовнішніх умов результати взаємодії об'єкта і приладу не зумовлені однозначно, а характеризуються деяким імовірнісним розподілом. Це імовірнісний розподіл результатів взаємодії відображає потенційні можливості, які об'єктивно існують при певних умовах.
При квантовому описі слід мати на увазі, що, вивчаючи взаємодію між приладом і об'єктом, ми можемо застосовувати прилади різних типів. Використовувати такі прилади одночасно неможливо, і це також говорить про різні потенційні можливості. Крім того, існують різні потенційні можливості реагування об'єкта на включення того чи іншого приладу в процесі вимірювання квантової величини. При такому положенні справ теорія не може не бути принципово ймовірнісної. Ця ймовірність - не наслідок неповноти теорії, як вважав Ейнштейн, не недолік її, а гідність. Існуючі потенційні можливості забезпечують повний опис поведінки і стану мікрооб'єктів, і математична форма законів квантової механіки адекватно відображає ці потенційні можливості. Імовірнісний розподіл результатів вимірювання можна обчислити через хвильову функцію як квадрат її модуля. І оскільки квантове опис вичерпує всі потенційні можливості, остільки його необхідно вважати повним. Сама природа така, що теорія не може відображати нічого, крім того, що проявляється в сукупності потенційних можливостей. Хоча, треба відзначити, що і таке тлумачення квантової механіки з повсякденних позицій здається в кращому випадку малозрозумілим.
Так чи інакше, дискусія щодо повноти квантової теорії, на думку В. А. Фока, цим вичерпується, оскільки введення уявлення про потенційну можливість, як він вважає, знімає всі проблеми, дає відповіді на поставлені ще Ейнштейном питання. Такий результат узагальнення принципу відносності на квантову механіку. Але в цьому випадку нове освітлення отримує принцип додатковості, конкретизируясь в контексті відносності до засобів спостереження.
Новий вид відносності, відмінний від класичної ейнштейнівської відносності, можна назвати квантово-механічної відносністю. При цьому необхідно відзначити, що квантово-механічна відносність неоднозначна і її можна трактувати не лише як відносність до вимірювального приладу. Так, Ю. М. Ломсадзе зробив спробу витлумачити її ширше, поширивши на ставлення до суб'єкта 47. Д. І. Блохинцев розглядає квантово-механічну відносність як незалежну від присутності спостерігача і процесу спостереження по відношенню до макроскопічної обстановці 48. Можлива й інша інтерпретація цього виду відносності: як відносності до виду і типу фізичної взаємодії, що відстоює Б. Я. Пахомов 49.
Особливий інтерес викликає співвідношення додатковості і відносності в контексті інформаційної інтерпретації останньої. У цьому випадку відносність розглядається у зв'язку з інформаційними умовами, в яких перебуває спостерігач. Відповідно до "трьохелементної" концепцією, що розвивається П. С. Дишлева 50, інформаційні умови відносяться до умов пізнання. Погляди П. С. Дишлевого представляють собою конкретизацію гносеологічного тези про взаємодію між суб'єктом і об'єктом пізнання. Відповідно до цієї тези, в методології фізики взаємний зв'язок між суб'єктом і об'єктом пізнання приймає наступний вигляд: фізичний об'єкт - умови пізнання - спостерігач.
Як відомо, об'єкти пізнання в класичній фізиці і квантовій фізиці істотно відрізняються один від одного, при цьому в квантовій теорії в силу специфіки її об'єкта неможливо нехтувати взаємодією між об'єктом і дослідницьким засобом. Спостерігач одержує інформацію не лише про фізичне об'єкті як такій, але одночасно і про вплив наглядової кошти на цей об'єкт в процесі вимірювання. Настільки значна роль суб'єкта в квантовій фізиці припускає, що поряд з поданням про спостерігачі необхідно ввести ще і уявлення про умови пізнання як новому елементі пізнавального відношення. Але підвищення ролі суб'єкта в процесі пізнання мікросвіту не означає Суб'єктивізація фізичного пізнання, оскільки суб'єкт безпосередньо не вносить ніяких істотних збурень в досліджувану фізичну систему, а його вплив на процес дослідження полягає у виборі певної вихідної матеріальної системи (системи відліку), в удосконаленні експериментального приладу, у підготовці та реалізації фізичного досвіду. Підвищення ролі суб'єкта має місце в теоретичній частині квантової фізики: тут це стосується формулювання і обгрунтування нових фізичних ідей і теорій, створення нової фізичної картини світу.
Під умовами пізнання на рівні експерименту П. С. Дишлевой пропонує розуміти весь фон, на якому протікає фізичне явище, а також засоби дослідження: відправні системи і вимірювальні засоби, конструюються на основі певних теоретичних передумов. Умови пізнання на теоретичному рівні - це мова спостереження, прийнятий в теорії, а також той науковий фон, який визначає кошти теоретичної інтерпретації: філософські та логічні передумови, моделі, фундаментальні поняття, фундаментальні теорії, відомі закономірності розвитку теорії, методологічні принципи і т.п . На експериментальному і теоретичному рівнях умови пізнання є сполучною ланкою між фізичним об'єктом пізнання і спостерігачем. У трьохелементної схемою пізнавального ставлення роль спостерігача виконує людина, яка поступово пізнає фізичний світ за допомогою експериментальних і теоретичних засобів.
Принцип квантової відносності можна розглядати як окремий випадок єдиного гносеологічного принципу відносності до систем абстрагування. Згідно з М. Д. Ахундова і Р. Р. Абдуллаєву 51, під системою абстрагування слід розуміти "простір", в якому локалізується досліджуваний об'єкт. Такий простір трактується як кількість, в якому задана певна організація. Її можна представити у вигляді системи відліку, експериментальної установки, певної фізичної теорії і т.д. У всякому разі, реалізуються різні зв'язки в різних множинах елементів.
З таких позицій еволюція систем абстрагування виглядає в історичному розвитку пізнання так. На ранньому етапі пізнання людина використовувала в якості єдиної системи абстрагування самого себе. Згодом пізнання розділилося на емпіричне і теоретичне, і ці два напрямки поступово еволюціонували в системи абстрагування. На початкових стадіях емпіричного пізнання, коли не було ніяких спостережних приладів, емпіричне і чуттєве пізнання не була розділена. Створення таких приладів, як, наприклад, телескоп і мікроскоп, характеризує певний рівень розвитку емпіричного пізнання, на якому відбувається розширення меж пізнавальних можливостей людини, можливостей його органів почуттів. Тепер людина може спостерігати об'єкти і процеси, які раніше були недоступні неозброєному оку. При цьому з'являється нова специфічна відносність до систем абстрагування, відповідна різної чутливості приладів. Наприклад, тоді, коли прилад з невеликою чутливістю показує якийсь об'єкт як безперервний, інший прилад, що володіє великими вирішуючими можливостями, показує цей же об'єкт як дискретний.
Різним уявленням про відносність у фізиці відповідають різні системи абстрагування. Ці системи такі: абсолютна простір (або ефір) як деяка унікальна система відліку, клас інерціальних систем і клас систем, що знаходяться під впливом гравітації. Кожному з цих трьох класів систем відповідають фундаментальні фізичні теорії: класична механіка, спеціальна теорія відносності і загальна теорія відносності. Якщо в класичній механіці можливе одне-єдине опис фізичного об'єкта, то в рамках релятивістських теорій це в принципі неможливо. Як відомо, падаючий в рухомому вагоні предмет має різні реальні траєкторії щодо вагона, відносно Землі і відносно Сонця. Ці траєкторії несумісні в межах однієї системи відліку і в цьому сенсі додатково. У ще більшою мірою така відносність характерна для загальної теорії відносності.
У квантовій механіці відносність до систем абстрагування виявляється інакше: у вигляді системи абстрагування виступає експериментальний прилад. Концепція відносності до засобів спостереження, сформульована В. А. Фоком, виглядає тут як окремий випадок загального гносеологічного принципу відносності до систем абстрагування. Пізнання мікрооб'єктів можливо через застосування додаткових по відношенню один до одного експериментальних приладів: один з них виявляє корпускулярні, інший хвильові властивості.
На думку М. Д. Ахундова і Р.Р.Абдуллаева52, необхідно виділяти горизонтальну і вертикальну доповнюваність. Доповнюваність горизонтальна, коли вона застосовується на одному рівні організації, коли поняття відносності до систем абстрагування використовується як поняття з однаковими розділовими властивостями. Горизонтальна доповнюваність дозволяє отримувати "проекції" об'єкта дослідження і на цій основі реконструювати його як цілісність, як єдність різноманіття. Якщо ж мова йде про відносність до систем абстрагування з різними розділовими властивостями, коли в пізнанні відбувається перехід з одного рівня організації на інший, то можна говорити про вертикальну додатковості. Вертикальна доповнюваність дозволяє побудувати певну ієрархію. Досліджуваний об'єкт конструюється як система взаємодії між структурами і їх елементами.
У той же час можна виділяти і два інших виду додатковості: додатковість всередині даного рівня організації і доповнюваність між рівнями. У першому випадку використовуються специфічні перетворення, які пов'язують певні характеристики в різні абстрактні системи. Такі перетворення зберігають деякі величини і характеристики незмінними - це інваріанти теорії. Але якщо відбувається перехід до більш широкої області, то з'являються нові інваріанти в структурі нової, більш загальної теорії, а старі інваріанти залишаються дієвими в певних межах, обумовлених наступністю між старою і новою теоріями. Така спадкоємна доповнюваність є доповнюваність між певними рівнями. З цієї точки зору інваріантність характеризує розділові властивості систем абстрагування. Ідея преемственной додатковості між старою і новою теоріями веде до принципу відповідності і ще раз вказує на зв'язок між відповідністю і додатково. Теорії, які перебувають у відношенні відповідності, додатково.
Відкриття зв'язку між принципом додатковості і принципом відносності в розвитку фізичного пізнання цілком закономірно. Відомо, що теорія відносності Ейнштейна - одна з основних теоретичних передумов виникнення та розвитку концепції додатковості Бора. При роз'ясненні своїх поглядів Бор часто користувався аналогіями з теорією відносності і навіть пропонував назвати свою концепцію теорією додатковості, але останнє не отримала підтримки. "Теорія відносності, - писав Бор, - навчила нас, що доцільність необхідного нашими почуттями різкого поділу простору і часу заснована тільки на тому, що зазвичай зустрічаються швидкості малі в порівнянні зі швидкістю світла. Можна говорити, що відкриття Планка подібним же чином привело до розуміння того, що доцільність причинного точки зору обумовлювалася малістю кванта дії в порівнянні з тими діями, які зустрічаються у звичайних явищах "53. Але одночасно Бор розумів, що дана аналогія не може бути повною, оскільки, як уже не раз зазначалося, в класичній фізиці явище можна спостерігати без надання на нього будь-якого впливу, а квантовий постулат передбачає непереборні вплив на бачимо з боку засобів спостереження.
Теорія Ейнштейна у відомому сенсі є і методологічною передумовою розвитку теорії додатковості. Бор вважав, що теорія відносності відкрила нові можливості для розуміння явищ, що здаються несумісними. На його думку, "виникла в атомній фізиці необхідність заново розглянути ті підстави, на які має спиратися несуперечливе застосування елементарних фізичних ідей, нагадує в деякому сенсі ситуацію, з якою свого часу зіткнувся Ейнштейн" 54. Ейнштейнівської релятивістський спосіб мислення зіграв важливу методологічну роль в оформленні Боровського додаткового способу мислення. У своїй відповіді на статтю А. Ейнштейна, Б. Подільського і Н. Розена Бор писав: "... Мені хотілося б відзначити те величезне значення, яке має викладений загальною теорією відносності урок для питання про фізичну реальності в галузі квантової теорії. У самому справі, незважаючи на всі характерні відмінності, між станом речей в обох узагальненнях класичної теорії є вражаюча аналогія ... "55.
Розуміючи і підкреслюючи подібні риси, аналогію і спадкоємність між теорією відносності і концепцією додатковості, Бор враховував і відмінності між ними. Перш за все це розходження в розумінні причинності. Якщо теорія відносності об'єднує причинне просторово-тимчасове опис фізичних явищ, де простір і час у сукупності з енергією та імпульсом утворюють єдину картину, то концепція додатковості стверджує, що такий класичний ідеал при описі атомних процесів недосяжний. Теорія відносності являє собою своєрідну кульмінацію у розвитку класичної теорії, квантова ж теорія якісно інша, тому що в ній просторово-часові уявлення несумісні з поняттями енергії та імпульсу, які необхідні для причинного опису.
Отже, в роботах Бора чітко простежується зв'язок, аналогія, спадкоємність між ідеями відносності і додатковості. Саме на цій основі стало можливим подальший розвиток концепції додатковості. У процесі цього розвитку з'ясувалося, що принцип додатковості являє собою конкретизацію ідеї відносності при русі пізнання від абстрактного до конкретного. З позицій матеріалістичної діалектики видно, що некласичний спосіб опису не означає Суб'єктивізація фізичного пізнання. Розвиток теоретико-пізнавальної відносності від абстрактного до конкретного призводить до все більшого розширення об'єктивного у фізичному пізнанні і все більш глибокому розумінню фізичної дійсності. У цьому процесі абсолютні подання замінюються відносними. Релятивістська фізика відмовилася від абсолютної системи відліку, квантова механіка ж показала, що хвильові і корпускулярні властивості також не абсолютні, а відносні, і т.д.
Доповнюваність може залишитися незрозумілою і незрозумілою, якщо розглядати її саму по собі, поза цілісного фізичного знання та його розвитку. Але якщо ми будемо бачити в ній момент процесу розвитку фізичного знання, пов'язаний з ідеєю відносності, то зрозуміємо і її сутність. І тоді принцип додатковості постане перед нами у всій своїй конкретності і методологічної значущості.
ВИСНОВОК
У гострий для фізики період, коли був накопичений величезний експериментальний матеріал, був потрібен принципово новий підхід для створення фізичної картини атомних процесів. Важлива заслуга Бора полягає в тому, що він знайшов такий підхід. Він орієнтував фізиків на дослідження суперечливих сторін фізичної реальності мікросвіту. Теорія Бора дозволила пояснити цілий ряд складних питань будови атома і фактів, чого була не в змозі зробити класична фізика. За створення квантової теорії планетарного атома Бор в 1922 році був удостоєний Нобелівської премії.
На честь Нільса Бора названий, відкритий 18 лютого 1970 в Об'єднаному інституті ядерних досліджень в Дубні, 105-й елемент періодичної системи елементів - нільсборій (Ns).
Свого часу П.Л. Капіца писав про Борю: "У всій світовій науці в наші дні не було людини з таким впливом на природознавство, як Бор. З усіх теоретичних стежок стежка Бора була найбільш значною."
У своїй статті, "Слово про Нільсі Борі", Лев Давидович Ландау каже:
"Я думаю, що Бор був дуже сміливою людиною, тому що тільки дуже смілива людина може зробити такий гігантський переворот в світі фізичних уявлень, який здійснив він ... (Задумайтеся на секунду: що ж треба зробити фізику в XX ст., Щоб потрапити у шкільний підручник!). "
За образним висловом В.Л. Гінзбурга про Нільсі Борі :"... великий фізик запалив маяк, які довгі роки освітлював дорогу фізикам всього світу. Цей вогонь буде джерелом світла і тепла не тільки для нашого, але й для майбутніх поколінь. "
ЛІТЕРАТУРА
Клайн Б. У пошуках. Фізики та квантова теорія. - М.: "Атоміздат," 1971.
Кляус Є. М., Франкфурт У. І., Френк А.М. Нільс Бор. - М.: "Наука", 1977.
Мур Р. Нільс Бор - людина і вчений. - М.: "Мир", 1969.
Нільс Бор. Життя і творчість. (Збірник статей). - М.: "Наука", 1967.
Франкфурт У. І. Френк А. М. Біля джерел квантової теорії. - М.: "На-ука", 1975.
а також:
1 Див: Бор Н. Ізбр. наук. тр.: У 2-х т. Т. 1. М., 1970. С. 90.
2 Бор Н. Ізбр. наук. тр.: У 2-х т. Т. II. М., 1971. С. 397.
3 Там же, С. 283.
4 Там же. С. 102.
5 Бор Н. Ізбр. наук. тр.: У 2-х т. Т. 1. С. 482.
6 Бор Н. Ізбр. наук. тр.: У 2-х т. Т. II. С. 282.
7 Там же. С. 392-393.
8 Там же. С. 74.
9 Там же. С. 406.
10 Див: Петров А. 3. Методологічні проблеми теорії вимірювань. Київ, 1966. С. 66.
11 Див: Алексєєв І. С. Концепція додатковості. М.. 1972. С. 36-37.
12 Бор Н. Ізбр. наук. тр.: У 2-х т. Т. II. С. 432.
13 Див: Хютте В. П. / / Принцип додатковості і матеріалістична діалектика. М., 1976. С. 149.
14 Див: Мещеряков В. Т. Відповідність як відношення і принцип. Л., 1975. С. 23. 15
15 Там же. С. 26.
16 Там же. С. 27.
17 Див: Алексєєв І. С. Концепція додатковості. С. 64.
18 Див: Баженов Л. Б. / / Принцип додатковості і матеріалістична діалектика. С. 15.
19 Бор Н. Ізбр. наук. тр.: У 2-х т. Т. II. С. 60.
20 Там же. С. 384.
21 Там же. С. 61.
22 Там же. С. 58.
23 Там же. С. II 7.
24 там же. С. 118.
25 Там же. С. 211.
26 Там же. С. 287.
27 Там же.
28 Там же.
29 Там же.
30 Там же.
31 Там же. С. 288.
32 Там же. С. 495.
33 Там же. С. 532.
34 Див: Остапенко С. В. / / Принцип додатковості і матеріалістична діалектика. С. 37.
35 Див: Методологічні принципи фізики. М., 1975. С. 443. 36. Див: Бунге М. Філософія фізики. М., 1975. С. 169.
37 Див: Полікаров А. / / Списання на БАН. 1976. № 6. С. 12.
38 Ейнштейн А. Собр. наук. тр.: У 4-х т. Т. IV. М "1976. С. 296.
39 Бор Н. Ізбр. наук. тр.: У 2-х т. Т. II. С. 406.
40 Див: Алексєєв І. С. Концепція додатковості. С. 127.
41 Гейзенберг В. Філософія і фізика: Частина і ціле. М., 1989. С. 130.
42 Див: Борн М. Моє життя і погляди. М., 1973. С. 73.
43 Див: Борі М. Фізика в житті мого покоління. М., 1963. С. 463.
44 Паулі В. Фізичні нариси. М., 1975. С. 57.
45 Див: Фок В. А. / / Фізична наука і філософія. М., 1973.
46 Там же. С. 73.
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Фізика та енергетика | Реферат
134.5кб. | скачати


Схожі роботи:
Модель атома Резерфорда і Бора
Природа і моделі міжнародної безпеки
Параметри чорних дір і природа темної матерії в двійковій моделі розподілу щільності речовини
Механіка мікрочастинок
Атом Бора
Класифікація мікрочастинок ферміони і бозони лептони кварки адрони нуклони
Життя і досягнення Нільса Бора
Світ очима Нільса Бора хвилі і їх сприйняття
Відкриття атома
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru