Копенгагенская интерпретация квантовой механики: научные предпосылки и философские основания Реферат

Новые представления о мироздании вне классического естествознания были выработаны А. Эйнштейном в его специальной и общей теории относительности. Он аргументировал, что в отличие от механики Ньютона, пространство и время не абсолютны, а обладают органической взаимосвязью между собой и материей.

Сам выдающийся ученый сущность теории относительности в известной формулировке выразил так: раньше представляли, что если бы из Вселенной исчезла вся материя, то пространство и время остались бы, теория относительности гласит, что вместе с материей исчезли бы пространство и время. Таким образом, теория относительности раскрыла неразрывную связь между пространством и временем, а также между материальным движением, с одной стороны, и его пространственно-временными формами функционирования с другой. Исследование пространственно-временных характеристик в зависимости от специфики материального движения (замедление времени, искривление пространства) раскрыло ограниченность представлений классической физики об абсолютном пространстве и времени, неправомерность их отграничения от движущейся материи.

Совместными усилиями исследователей Луи де Бройля, Бора, Шредингера, Гейзенберга, Борна, Планка была выработана фундаментальная физическая концепция - квантовая механика, утверждающая, что все материальные микрообъекты наделены как карпускулярными, так и волновыми свойствами. Тем самым была доказана несостоятельность принципов классической механики Ньютона и научные знания перешли на новый этап эволюции [7, c. 218].

Сама наука как единое явление, зародившаяся в Новое время в результате отделения от философских рассуждений, проходит в своем становлении три ключевых стадии: классическую, неклассическую, постнеклассическую (современную). На любом из этих этапов создаются характерные идеалы, нормы и методы научного исследования, формируются особый образ мышления, специфическая понятийная сфера.

Классическая наука (XVII–XIX вв.), изучая свои объекты, старалась при их анализе и теоретическом объяснении максимально устранить все, что относится к субъекту, инструментам, методам и операциям деятельности исследователя. 

Неклассическая наука (первая половина ХХ в.), обусловлена созданием релятивистской и квантовой концепции, оспаривает объективизм классической науки, представляет реальность как нечто, зависящее от средств ее познания. В данный период вскрывается  несостоятельность этих установок и происходит переход к иному виду философских обоснований. Данное продвижение определяется отказом от прямолинейного онтологизма и восприятием относительной истинности сложившегося образа мира, сформированного на той или другой ступени развития естествознания. Исследователи принимают истинность разносторонних определенных концептуальный интерпретаций одной и той же действительности, так как в любом из них имеется элемент объективно-истинного знания. Происходит осмысление тесных связей между онтологическими принципами науки и свойствами инструментария, с помощью которого изучается предмет. Вследствие этого признаются такие виды интерпретации и характеристики, которые в наглядном содержании имеют ссылки на методы и процессы познавательной активности. На этом этапе происходит третья научная революция (конец XIX в. - середина ХХ в.), в основе которой лежат перемены в стиле мышления классической науки и утверждении иного, неклассического естествознания. В данный период осуществляется цепная реакция революционных изменений в разнообразных сферах знания: в физической дисциплине - открытие делимости атома, оформление релятивистской и квантовой концепции, в химической области - появление квантовой химии, в биологической дисциплине – формирование данных о генетике, в космологической сфере науки – вырабатывается теория нестационарной Вселенной.

В настоящее время разработано большое количество интерпретаций квантовой механики, основания которых кажутся несовместимыми (например, детерминистские и индетерминистские интерпретации). Однако, именно данная несовместимость выступает философской проблемой разнообразия интерпретаций. Наиболее популярными версиями квантовой механики являются копенгагенская, многомировая, ансамблевая, информационная. 

Копенгагенская интерпретация - это самая популярная, или, как говорят, ортодоксальная трактовка квантовой механики, к которой склоняются  большинство физиков. Сформулирована Н. Бором и после 5-го Сольвевского конгресса (1927) стала общепринятой и является таковой до настоящего времени. Была развита в научных трудах В. Гейзенберга, М. Борна, В. Паули, А. М. Дирака, К. фон Вайцзеккера,  В.А. Фока. Детально изучалась последователями учения Бора. Есть несколько вариантов копенгагенской интерпретации, отличающихся объяснением определенных постулатов (интерпретация Гейзенберга-Фока, Уилера, фон Неймана, Пригожина и др.).  

В рамках интерпретации Гейзенберга и Фока, квантовая  механика  возвращает нас к идее множественности бытия, аристотелевским понятиям «бытие в возможности» и «бытие в действительности», а также разрабатывается определение «потенциальных возможностей» и «осуществившегося».

В  интерпретации, тесно связанной с теорией измерения Дж. фон Неймана, утверждается, что непосредственно само сознание наблюдателя, связанное с измерительной аппаратурой, и создаёт реальность. Сознание рассматривается как мост между  естествознанием  и гуманитарным знанием, между материализмом и идеализмом. Фон Нейман является также основоположником квантовологической трактовки квантовой механики.

Брюссельская интерпретация (И. Пригожин), автор которой предлагает исключить из квантовой механики «субъективный элемент, связанный с наблюдателем». Парадокс, заключается в том, что обратимое уравнение Шредингера может быть проверено только посредством необратимых измерений, которые это уравнение, по определению, не может характеризовать. Следовательно, квантовая механика не может считаться замкнутой теорией. По Пригожину, доминирующую роль в современной физике играет понятие «стрела  времени» и, следовательно, необратимые процессы

Многомировая интерпретация  или интерпретация Эверетта — это интерпретация квантовой механики, которая предполагает существование, в некотором значении, «параллельных вселенных», в каждой из которых функционируют одни и те же законы природы и которым характерны одни и те же мировые постоянные, но которые пребывают в различных состояниях. Исходная формулировка принадлежит Хью Эверетту (1957 год). Многомировая интерпретация отказывается от индетерминированного коллапса волновой функции, который в копенгагенской интерпретации сопутствует каждому измерению. Многомировая интерпретация обходится в своих трактовках только явлением квантовой сцепленности и абсолютно обратимой эволюцией состояний.

Согласно интерпретации согласованных хронологий, при наблюдении квантовая система смешивается, запутывается с окружающим миром, и таким образом происходит ее декогеренция – нарушение волновых процессов во времени. В этой интерпретации используется понятие «декогеренция»  вместо «коллапса волновой функции» квантовой системы, как в копенгагенской интерпретации, хотя по сути является его частным случаем.

Под ансамблевыми интерпретациями необходимо понимать интерпретации, утверждающие на первых позициях понятие статистического коллектива (ансамбля). В своих трудах сторонник данной теории Д.И. Блохинцев подчеркивает статистическую специфику квантовых ансамблей, описывает отличие данной статистики от классической, указывает на объективный (не зависящий от наблюдателя) характер квантовых ансамблей и управляющих ими закономерностей. Наблюдателю принадлежит лишь скромная роль. По Блохинцеву, квантовую  механику  нельзя применить к конкретным микрообъектам, так как никакой микрообъект невозможно изучать вне его окружения.

В историческом становлении естествознания значимое место в изучении проблематики, связанной с формированием и развитием философских оснований научного знания, заняли известные естествоиспытатели, воплотившие в своих трудах конкретно-научные и философские исследования. Фундаментальные физические идеи всегда выступают результатом философского осмысления физики. Об этом свидетельствует творчество В. Гейзенберга, А. Эйнштейна, Н. Бора, М. Планка и др. Например, на физические идеи В. Гейзенберга оказала влияние философия Платона; на фундаментальные исследования в сфере квантовой механики Э. Шредингера – диалектические идеи древнеиндийской философии; на возникновение принципа дополнительности Н. Бора эвристическое влияние оказывали его симпатии к экзистенциальной диалектике С. Кьеркегора. По словам А. Эйнштейна, Н. Бор проявлял «наивысшую музыкальность в сфере мысли», критически рефлексивный стиль мышления, сложившийся не без косвенного влияния изощренной и парадоксальной диалектики Кьеркегора.

Конечно, влияние философско-мировоззренческих предпосылок на научное творчество, на инновации в области науки нельзя трактовать чрезмерно упрощенно и категорично. Философские размышления над наукой формируют самосознание науки, способствуют лучшему пониманию ее возможностей и перспектив, механизмов и движущих сил роста научного знания, характера его взаимоотношений с другими формами общественного сознания, образом жизни и культурой [14, c. 94]. 

Утверждение о том, что нынешняя физическая наука непосредственно выводит к первичным, метафизическим вопросам, стало достаточно распространенным. Достаточно назвать такие имена современных ученых, как Бернар Д'Эспанья, Абнер Шимони, Дж. Хорган, из физиков старшего поколения - того же Эйнштейна, Нильса Бора и Вернера Гейзенберга, чтобы утвердиться, что за данной формулировкой вопроса стоит нечто совершенно серьезное. В некотором смысле этого слова это утверждение стало весьма обыденным, однако с позиции собственно философской науки оно пока еще мало подвергалось анализу. Более того, с точки зрения философии оно может показаться в какой-то степени странным и противоречивым. Ведь сам подход философа-мыслителя к чувственно познаваемому миру отличается от подхода ученого-естественника. Терминология и понятия философии, философская интуиция и экспериментальное наблюдение, свойственное для ученого, с отражением его в категориях абстрактной математической концепции, выступают двумя своеобразными путями в понимании бытия мироздания. Если философия занимается миром как сущим, как составной частью порядка бытия, то эмпирическая наука со своей стороны не применяет категорию бытия как такового. «Бытие» - понятие чуждое четкому эмпирическому анализу. Ведь когда речь идет о бытии, то исследуется бытие как целое, все целый порядок бытия, а не определенная его составная часть или одна из его граней Рассматривается, говоря языком русской философии, всеединство сущего, порядок бытия во всей его динамике. Вопросами онтологии все время выступали следующие - что считается причиной бытия? Какой смысл имеют бытие и существование? Какими значительными чертами отличается существование или сущее? Онтология, изучая данные вопросы, предполагает бытие не только в своих началах, но и конечных целях, рассматривает, иначе говоря, бытие по отношению к причинности. Понятно, что ответы на данные вопросы не лежат в компетенции эмпирической науки, которой чуждо истинное метафизическое «схватывание». Наука смотрит на бытие «извне», не на бытие как таковое, а на «отражение» бытия в формализме его «физикальности». В то время как естественные науки удовлетворяются тем, что располагается на физической, эмпирической плоскости,  философия отправляется от изначальной оценки природы к углублению в бытие и улавливанию существования способом анализа смысла природы для самого индивида.

Мы познакомились с периодами революционных трансформаций трансформаций концепций и научного сознания: возникновение классического естествознания, переход от классической науки, ориентированной на исследование механических явлений, к дисциплинарно организованной науке, эволюция неклассического естествознания, изменение сведений о Вселенной, и видим, что на протяжении развития научного знания  человек преобразовывается метод характеристики мира, точка зрения и  человек способ мышления. 

Несмотря на абсолютно иной  взгляд на большинство природных явлений, квантовую механику ни в коем случае не стоит рассматривать как полное опровержение классической физики. Последняя может выступать как предельный случай квантовой механики или как первое и весьма грубое приближение к ней. Как отмечал Поль Дирак, соответствие между квантовой и классической парадигмами заключается не только в их предельном согласии. 

На сегодняшний день квантовая механика считается наиболее проверенной (и в то же время наиболее парадоксальной) теорией в истории научного знания. Каким же образом она функционирует, так никто до сих пор и не понял полностью, несмотря на продолжительный мозговой штурм лучшими учеными мирового сообщества. Квантовая механика считается «наиболее проверенной и наиболее успешной теорией в истории науки», но центральный вопрос — каков её глубинный смысл — всё ещё без ответа. Копенгагенская интерпретация гласит, что в квантовой механике итог измерения принципиально недетерминирован, а вероятностный характер предсказаний квантовой механики принципиально неустраним. Квантомеханические предсказания относятся лишь к ситуациям фактического наблюдения. Мы знаем, что ортодоксальный вариант копенгагенской интерпретации квантовой механики предполагает, что существование некоторых физических свойств квантовых объектов находится в прямой зависимости от обстоятельств  наблюдения, что приводит к  противоречию с традиционными (классическими) физическими представлениями о реальности исследуемых объектов и их свойств.