Мамалуй Юлия Александровна
Донецк – 2002
Содержание
Введение
1. Что такое философия науки?
2. Проблема интерпретации квантовой механики.
3. Современные тенденции.
4. Сопоставление модальной интерпретации с ортодоксальной и статистической точками зрения.
5. Квантовая механика с точки зрения системы Лосского.
5.1. индетерминизм;
5.2. несепарабельность;
5.3. тождественность частиц;
5.4. неопределенность физических величин;
5.5. роль процесса измерения.
Заключение
Цель реферата – охарактеризовать философию квантовой механики как типичную составляющую философии науки. При этом внимание будет обращено на современные проблемы этой области: они показывают, как философия квантовой механики, а значит, и философия науки в целом, вносит свой вклад в область знаний.
Что такое философия науки?
Философия науки – учение о методе и, одновременно, группы методов. Такая трактовка бытовала в советской философской литературе. Она принята и в знаменитой “Логике научного открытия” К. Поппера. Между тем уже эволюция попперианской философии показала, что концепция методологических правил встречает большие трудности при попытке разработать ее достаточно детально. Имеется в виду методология научно-исследовательских программ И. Лакатоса, выдвинутая в развитие идей Поппера. Поскольку “научно-исследовательская программа” – крупная “надтеоретическая” единица знания, постигаемая, вообще говоря, ретроспективно, центральной задачей философии науки стала “рациональная реконструкция истории науки”. Философия науки, трактуемая как методология, оказалась на поверку методологией истории науки.
Но была ли найдена реальная методология истории науки? Оказывается, что “методология научно-исследовательских программ” не вполне обеспечивает “рациональную реконструкцию истории науки”. Лакатос в поздних работах приходит к выводу, что перед лицом историко-научных фактов его методологические правила оказываются слишком жесткими. Он идет по пути их ограничения, выдвигая в качестве регулятивов этические принципы типа “упорство, как и скромность, обладает большим рациональным смыслом” [1]. Как отмечает П. Фейерабенд, стандарты Лакатоса “гораздо ближе к реальной науке, чем стандарты предшествующих подходов” [2]. Тем не менее, как пишет тот же Фейерабенд, “Лакатос не показал, что его стандарты являются стандартами науки, он не показал, что его стандарты ведут к существенным результатам” [2].
Философия науки Дж. Смарта предстает в виде сферы взаимодействия классических и современных философских идей и теоретического естествознания. Принцип Куайна “для первой философии нет места” не следует понимать как отрицание метафизики. Метафизика существует как исторический факт, но она не имеет особых преимуществ в мире знания. Метафизические идеи столь же уязвимы, сколь и конкретно-научные. Они оправдывают свое существование тем, что влияют на теоретические представления естественных наук и в конечном итоге на объяснения и предсказания фактов. Философия науки таким образом соединяет те идеи, которые обычно называют метафизикой, с опытом в самом широком смысле этого слова, включающем теоретизирование, эксперимент и наблюдение.
Философия науки, с одной стороны, является философией, с другой – конкретной наукой. Как философия она либо реализм, либо номинализм, либо эмпиризм, либо рационализм, либо материализм, либо идеализм. Словом, в философии науки представлен широкий спектр философских контроверз и дискуссий. В качестве конкретной науки философия науки решает те или иные задачи, дает те или иные результаты. Слова “задачи” и “результаты” здесь надо понимать достаточно широко. Задачей для философии науки будет не решение какого-либо дифференциального уравнения и не проведение какого-либо эксперимента, а прояснение концептуального отношения, уточнение понятия, проведение демаркации и т.д. Соответственно результатом будет не только то, что обеспечивает прогресс в познании природы, но и то, что создает предпосылки для такого прогресса. В принципе могут быть выделены два пересекающихся круга проблем, которыми в первую очередь занимается философия науки, – это проблемы структуры и функции научного знания и проблемы смысла и значения фундаментальных научных понятий и, соответственно, два типа результатов – результаты, касающиеся знания, и результаты, касающиеся фундаментальных особенностей мироздания. К первым относятся не только положительные, но и отрицательные результаты, устанавливающие то, на что наука претендовать не может. В известном смысле эти результаты аналогичны ограничительным результатам метаматематики.
Итак, философия науки дислоцируется между философскими концепциями и научными результатами. Если в философии науки нет четко обозначенной философской концепции, она становится некритической, вырождается в поверхностное теоретизирование и даже в популярный пересказ “достижений” естественных наук. Если же философия науки теряет конкретно-научную результативность, она превращается в компилятивное изложение философских идей, выдвигавшихся в связи с развитием естествознания.
В философии науки большое место принадлежит логике и математике, которые составляют связующее звено между философскими концепциями и конкретно-научными проблемами и представлениями. Логика и математика соединяют в себе общность, присущую философии, и точность, к которой стремятся конкретные науки [3]. Как отмечалось выше, одна из кардинальных задач философии науки состоит в прояснении структуры и функций научного знания. Естественно решать эту задачу, не теряя той точности, которой обладает само это знание. В противном случае “прояснение” не дает результата – уточнения какой-либо концепции, более содержательной формулировки какой-либо проблемы. Однако не следует забывать и о философских предпосылках логико-математических методов. На сегодняшний день логика состоит из ряда дисциплин и теорий, реализующих различные философские идеи.
В 1950 г. П. Суппес заявил, что “математика, а не метаматематика – основной инструмент философии науки”. Это заявление, поддержанное рядом философов науки, обозначило переориентацию философского исследования с проблем строения знания на экспликацию таких категорий, как причинность и детерминизм; эти категории входят в состав фундаментальных физических законов. Переводя категории причинности и детерминизма на язык логики, философ науки упускает из виду значительную часть того смысла, который эти категории приобретают в физике, и базируется главным образом на их обыденном содержании. В физике же причинность и детерминизм выражены на языке дифференциальных уравнений и абстрактных математических пространств. Чтобы эксплицировать эти понятия, надо “читать” математический аппарат физики. Отсюда не следует, что философия сводится к математике (как из работ, посвященных логической экспликации философских представлений, не следовало, что философия сводится к логике). Однако то, что в философии называется причинностью и детерминизмом, превращается в физике в целый спектр понятий. Математическая экспликация состоит как раз в “спектральном анализе” философской интуиции, осуществляемом при помощи математических понятий.
Так, например, понятие причинности работает в квантовой механике прежде всего как понятие локальности. В самом общем виде локальность – это отрицание дальнодействия, отрицание возможности мгновенной передачи воздействий из одной точки пространства в другую. В философии квантовой механики проблема локальности возникла при обсуждении мысленного эксперимента А. Эйнштейна, Б. Подольского и Н. Розена (далее: ЭПР эксперимента). Это эксперимент с парой частиц, “приготовленной” в определенном квантовом состоянии и разделившейся на две пространственно удаленных частицы. Пусть мы измеряем какую-либо динамическую переменную (координату, импульс, спин и т.д.) у одной из этих частиц. Согласно законам физики, мы сразу же определяем ту же динамическую переменную у второй частицы. Вопрос о локальности в данном случае – это вопрос о том, обладала ли эта вторая частица тем значением, которое мы определили, до акта измерения, или же она его получила в результате этого акта. Как известно, Эйнштейн, Подольский и Розен предполагали локальность: они считали, что измерение какой-либо динамической переменной у одной частицы не может создать определенное значение этой переменной у другой удаленной частицы. “Платой” за локальность была неполнота квантовой теории, о которой заявили эти авторы. Возражая Эйнштейну, Подольскому и Розену, Н. Бор по сути дела допустил нарушение понимаемой таким образом локальности. Вслед за Бором нарушение локальности по Эйнштейну, Подольскому и Розену предполагали другие классики копенгагенской (названной так в честь Бора, возглавлявшего Институт теоретической физики в Копенгагене) интерпретации – В. Гейзенберг, В. Паули и др.
В 1964 г. Дж Белл “операционализировал” ЭПР эксперимент. Он рассмотрел ситуацию, когда измерение какой-либо динамической переменной производится у каждой из удаленных друг от друга частиц. Постулировав локальность, Белл вывел неравенство (неравенство Белла), нарушаемое квантовой механикой при ее обычной интерпретации (словосочетание “обычная интерпретация” почти совпадает, во всяком случае не намного превосходит по объему словосочетание “копенгагенская интерпретация”). Локальность, постулируемая Беллом, отличалась от локальности в смысле Эйнштейна, Подольского и Розена. Белл, выводя свое неравенство, допустил, что значение динамической переменной, измеряемое у одной из частиц, не зависит от того, каким образом производится измерение этой же переменной у другой частицы (от того, как настроено соответствующее измерительное устройство).
Можно ли, однако, используя пару частиц, рассмотренную Эйнштейном, Подольским и Розеном, а затем Беллом, мгновенно передавать информацию? Ведь та интерпретация квантовой механики, которая была только что достаточно расплывчато названа обычной, допускает нарушение локальности. Если допускается нарушение локальности по Беллу, то это означает, что настройка прибора, “работающего” с одной из частиц из пары, мгновенно сказывается на значении измеряемой величины у другой частицы. Нарушение локальности, по Беллу, создает таким образом мгновенный телеграф (“телеграф Белла”). Здесь, однако, в игру вступает еще одна разновидность локальности – статистическая локальность. В отличие от локальности по Беллу, эта локальность обладает следующей особенностью: ее нарушение наблюдаемо, т.е. может быть зафиксировано экспериментально. Под статистической локальностью понимают независимость статистики результатов измерения, производимого у одной из частиц, от результата измерения, производимого у другой частицы. Допуская нарушение белловской локальности, мы не предсказываем какого-либонаблюдаемого мгновенного действия на расстоянии. Да, настройка удаленного прибора влияет на результат измерения. Но, чтобы зафиксировать это влияние, нам надо иметь классический канал связи, по которому сообщалось бы о той или иной настройке удаленного прибора. В свою очередь беспричинное изменение статистики было бы зафиксировано сразу. Но нелокальность, по Беллу, не ведет к статистической нелокальности. Более того, можно доказать, что статистистическая локальность вообще не может быть нарушена в ЭПР эксперименте.
В 1957 г. С. Кохеном и Е. Спекром была указана еще одна концептуальная трудность квантовой теории: оказывается функциональное отношение между динамическими переменными (точнее, операторами, представляющими эти переменные) не обязательно соответствует функциональному отношению между значениями этих динамических переменных. В связи с этой трудностью было сформулировано еще одно понятие локальности – онтологическая локальность. Пусть у нас есть пара удаленных друг от друга частиц. Рассмотрим свойство одной из частиц этой пары. Можно ли расщепить это свойство на два свойства, полагая их функциями соответственно двух фундаментальных (онтологических) несовместных (представленных некоммутирующими операторами) свойств этой пары? Онтологическая локальность состоит в том, что это невозможно. Нарушение этой локальности означает контекстуальность: свойство одной из частиц оказывается по сути дела свойством пары.
Корректное формулирование онтологической локальности требует применения тензорного произведения гильбертовых пространств и операторов и различения “максимальных” и “немаксимальных” динамических переменных. Впрочем, и предшествующие формы локальности не могут быть адекватно изложены без математики.
Итак, был перечислен ряд форм локальности, дебатируемых в философии квантовой механики. Все они были выявлены и сформулированы при попытке провести реалистическую интерпретацию этой теории, противоположенную ее копенгагенской интерпретации. Выделение каждой из этих форм было очередной попыткой проникнуть в глубину структуры современной физики.