Современная научная картина мира

Нильс Бор предложил принцип дополнительности, согласно которому, «мы не можем ничего сказать о квантовом мире, что бы было подобно действительности; взамен мы признаем достоверность альтернативных и взаимно исключающих методов». Представление об атомном мире, по сравнению с представлением Аристотеля (мир, как организм) и классической физикой (мир есть машина), не изобразимо. Классическая физика допускала, что существует объективный мир, который мы можно исследовать и измерять без существенного его изменения. Но на квантовом уровне оказывается невозможным исследовать реальность, не изменяя её. Это относится, например, к координате и импульсу. «Знание положения частицы, - писал В.Гейзенберг, - дополнительно к знанию её скорости или импульса». Мы не можем определить дополнительную величину (напр. скорость) с точностью первой (координаты).

Обобщая этот принцип на живые организмы, Бор считал, что «наше знание о том, что клетка живет, возможно, является чем-то дополнительным по отношению к полному знанию её молекулярной структуры». Если полное знание структуры клетки, которое может быть достигнуто лишь благодаря вмешательству, уничтожает жизнь клетки, то, заключает Бор, «логически возможно, что жизнь исключает полное установление лежащих в ее основе физико-химических структур». На этом основании химические связи молекул являются дополнительными для физических законов, биологические - для химических, социальные - для биологических, социальные - для душевных, и т.д.

Таким образом, предложенный Бором принцип дополнительности разрушает позиции детерминизма, о чем более подробно будет сказано ниже.

2.4 Функция распределения вероятностей

Как мы уже отметили выше, все физические явления в квантовой механике описываются с помощью уравнения Шредингера. Это уравнение положено в основу квантовой механики и позволяет описать двойственную природу элементарных частиц.

Решения уравнения Шрёдингера называются волновыми ш-функциями. Через ш-функцию можно описать дифракцию электрона, интерференцию и другие волновые процессы. Она представляет амплитуду вероятности существования того или иного результата. Физический же смысл имеет квадрат модуля |ш(x,y,z,t)|2. «Квадрат модуля функции ш в любой точке пространства пропорционален вероятности того, что при наблюдении в данной точке в данный момент времени будет обнаружена частица». Это есть первый постулат квантовой механики.

Второй постулат утверждает, что функция распределения вероятностей эволюционирует во времени согласно уравнению Шрёдингера: если она определена в один момент времени, то тем самым она однозначно определена и во все последующие моменты времени с помощью уравнения Шрёдингера.

Для того, чтобы рассмотреть различные интерпретации квантовой теории, предварительно рассмотрим некоторые свойства волновой функции, которую далее мы будем называть вектором состояния.

Ненаблюдаемость. Вектор состояния является величиной ненаблюдаемой. Ни сам вектор, ни его возможная реализация не соответствуют чему-либо измеримому или чувственно воспринимаемому на опыте. Именно поэтому физический смысл имеет только квадрат модуля значения этой функции, т.е. усреднённое значение.

Целостность. Вектор состояния системы взаимодействующих частиц не может быть выражен через волновые функции отдельных частиц. Классическая физика определяет поведение системы через её части, а квантовая теория утверждает противоположное - «целое определяет свойства своих частей: вектор состояния системы позволяет получать векторы состояния подсистем, но не наоборот». Свойство целостности квантово механических систем проявляется в существовании дальнодействующих, нелокальных непричинных связей, о которых будет рассказано ниже.

Редукция. Вектор состояния определяет возможности появления численных значений физических величин, чем несёт информацию о распределении вероятностей различных результатов измерений. «Волновая функция отлична от нуля только там, где частица может находиться, и она строго равна нулю там, где частица отсутствует».

Измерение величины показывает, что какая-то возможность превратилась в действительность. Это приводит к «необратимому и мгновенному изменению вектора состояния, его редукции к реализованной возможности, причём соответствующая вероятность скачком обращается в единицу. Вероятность остальных возможностей также скачком обращается в ноль». Коллапс волновой функции - это не теоретическая фикция, «редукция вектора состояния описывает объективно существующий необратимый мгновенный акт».

Допустим, электрон летит на фотопластинку. До попадания на неё все места падения электрона равновероятны, что означает полную неопределённость его положения. После попадания волновая функция скачкообразно меняется: теперь неопределённость электрона определяется размерами почерневшего зерна.

Активность. Вектор состояния способен оказывать силовое воздействие на микрочастицы. В 1952 г. американским физиком Дэвидом Бомом была предложена модель, являющаяся развитием первоначальной теории волны-пилота Луи де Бройля. Бом показал, что в квантовой механике действует некая сила, зависящая от модуля вектора состояния в той точке, где находится частица. Эта сила выталкивает частицу из той области пространства, где амплитуда вероятности мала, в область с максимальной амплитудой. Для системы микрочастиц квантовая сила зависит явно от вектора состояния всей системы как целого, а от координат зависит лишь не явно, поэтому «она мгновенно связывает частицы, разлетевшиеся на большие расстояния, когда не действуют силы, связанные с классическим потенциалом взаимодействия». Интерпретации этой силы различны, тем не менее, результат доказательства Бома означает, что вектор состояния «проявляет непонятную, но совершенно реальную способность влиять на микрочастицы: он как бы "пасёт", или "пилотирует" их, выдавливая из одной области пространства в другую».

космология вселенная гравитация детерминизм

2.5 Интерпретации квантовой механики

Многомировая интерпретация

Самой странной из интерпретаций квантовой механики является теория многих миров, предложенная в 1957г. Хью Эвереттом. Он не признавал коллапса волновой функции при эксперименте, а считал, что все другие возможности, описываемые волновой функцией, реализуются в других вселенных. Если в эксперименте могут реализоваться 5 значений, то одно из пяти реализуется в нашем мире, а остальные 4 - ещё в 4-х Вселенных. «Мы оказались в той Вселенной, - пишет Иен Барбур, поясняя позицию Хью, - в которой произошло именно то, что мы видим, и у нас нет доступа к другим вселенным, в которых наши двойники наблюдают осуществление иных возможностей».

На наш взгляд, теория многих миров является спорной, как минимум, по двум обстоятельствам. Во-первых, эта теория «представляется принципиально недоказуемой, так как между различными мирами невозможно никакое сообщение». Во-вторых, существование большого количество атомов и столь же большого количества квантовых событий обязывает Вселенные размножаться катастрофически быстро. Поэтому большинство учёных предпочитает теории бесконечного увеличения числа миров простую теорию, согласно которой возможности, не реализовавшиеся в нашей Вселенной, не реализовались нигде.

Математическое основание материи

Эта концепция была предложена математиком Иоганном Нейманом: «Полное существование динамических характеристик вещей происходит тогда, когда они восприняты человеческим сознанием». Последователи Неймана утверждают больше: «все характеристики, не только динамические, созданные алгеброй, но и вся Вселенная существует в полуреальном состоянии, пока человеческие наблюдения не сделают её вполне реальной». Кречет В.Г., соглашаясь с этой интерпретацией, пишет: «Нарушение неравенств Белла в квантовой физике показывает, что дополнительные свойства квантовых объектов не "существуют" независимо от наблюдателя и возникают (или "творятся") при наблюдении».

Такое идеалистическое понимание квантовой физики было очень широко распространено благодаря популярным работам Артура Эддингтона и Джеймса Джинса. Эддингтон считал, что «разум получает из Природы лишь то, что он сам в неё поместил». Человек сам навязывает природе придуманные им законы.

Действительно, современная физика показывает, что атомы являются по большей части пустым пространством, состоящим из небольшого ядра, окруженного вращающимися электронами. И даже они - не материя в классическом значении; они похожи на сгустки сконденсированной энергии. «По сравнению с твердым телом субстанциональный мир в повседневном восприятии физики представляют нам как "мир теней"». Поэтому критики этой интерпретации обоснованно обвиняют Эддингтона, что он спутал энергию с духом или идеей. Мир энергии существует как мир материи, а квантовая механика заменила старые понятия материализма новыми понятиями.

В свою очередь, Джинс предложил математический аргумент в защиту идеализма. Квантовая теория не может изобразить Вселенную в доступной для нас форме, схожей с чем-либо из нашей повседневной реальности, она может сделать это лишь математически. Джинс считал, что «Вселенная начинает выглядеть скорее более похожей на великий замысел, чем на великую машину. Разум больше не кажется случайным гостем в сфере материи». Критики отвечали, что Джинс исказил природу квантовой механики. Нэнси Пирсей (Pearcey) пишет: «Согласно его (Джинса - В.Р.) аргументам, мы должны полагать, что квантовая механика разделом чистой математики, свободным творчеством математической мысли. Но даже в квантовой физике, ученые всё же проверяют свои теории на опыте. Тесты могут косвенными, и учёные все же ссылаются своими теориями на физический мир, а не на просто ментальный или математический мир».

Мы считаем, что наука начинается из предположения, что объективная реальность «где-то» есть, и её можно исследовать. Даже если мы не можем познать её вполне, даже если наш акт наблюдения влияет на неё, все-таки ещё должно быть что-то независимое от нашего сознания. «Мир должен существовать с присущей ему собственной структурой, которую мы можем представить в наших теориях и проверить их». В противном случае если мир является созданием нашего разума, тогда у него нет присущей структуры, он может меняться согласно нашим убеждениям. Значит, нет смысла науке проверять теории на реальном мире, поскольку он все равно «прогнётся» под научные представления. Такие аргументы ставят под сомнение достоверность самой науки.

Часть и целое

До сер. XX в. считалось, что протоны, нейтроны и электроны неделимы и являются основными строительными блоками материи. Однако, в результате экспериментов на ускорителях высоких энергий в 1950-1960гг. были открыты многие другие виды частиц, также имеющих массу, заряд и спин. Причём, время существования некоторых из них составляло миллиардную долю секунды или меньше. Дальнейшие исследования заставили ученых предположить о существовании кварков, ещё более мелких частиц, составляющих элементарные частицы. Однако свойство их таково, что они не могут существовать свободно. К примеру, сам протон состоит из 3-х кварков, и, чтобы их отделить друг от друга, необходимо большое количество энергии, в результате чего появляются новые кварки и новые протоны, другие частицы. «Кварки - это частицы, - резюмирует Иен Барбур, - которые, по-видимому, могут существовать только в рамках целого».

Классическая физика, рассматривая атом гелия, видела в нём отдельные компоненты: ядро, состоящее из 2-х протонов и 2-х нейтронов, и вращающиеся вокруг него электроны. Однако квантовая теория рассматривает атом гелия как целое, в котором нет различимых частей. Волновая функция атома не является суммой волновых функций элементарных частиц, входящих в него. Поэтому Луи де Бройль писал: «Связанный электрон - это состояние системы, а не независимая единица».

Такая зависимость частей от целого наблюдается и на более высоком уровне: энергетическое состояние атомов в кристаллической решётке, групповое взаимодействие магнитных доменов при охлаждении металла, «кооперативное» поведение электронов при сверхпроводимости. Здесь законы поведения системы невозможно вывести из законов поведения её составляющих. «Существование любого объекта определяется его взаимодействием с другим и участием в более общих системах. Без подобных холических квантовых явлений не было бы ни химических свойств, …ни ядерной энергии, ни жизни», - заключает Барбур.

Теорема Белла

Теперь мы рассмотрим, как происходило экспериментальное подтверждение целостности мира на основании квантовой теории.

В 1935г. Эйнштейн предложил тип эксперимента, провести который стало возможно лишь недавно. Источник испускает две частицы, А и В, которые разлетаются в противоположных направлениях. Пусть начальный спин системы равен нулю, тогда спин В должен быть равен по величине и противоположен по знаку спину А. С помощью детектора можно измерить определенный компонент спина частицы А, и можно определить вероятность точного значения соответствующего компонента спина В (он будет равным и противоположным). Его также можно измерить вторым детектором.

Квантовая теория описывает каждую частицу в полете как смешение волн, представляющих с одинаковой вероятностью различные предполагаемые ориентации спина. Каждая группа волн дает определенное значение, только когда проводится измерение. Поэтому значение компонента спина частицы В будет равно значению спина частицы А, но противоположно.

Эйнштейн не мог с этим согласиться и считал, что во время полета спин В уже должен обладать определенным значением, а не возможным распределением. Он сделал два допущения: частицы обладают определенными классическими свойствами, даже когда мы их не наблюдаем; и взаимодействие двух изолированных частей не может осуществляться быстрее, чем со скоростью света. Эйнштейн был уверен, что вероятностное описание мира есть неполное описание. Квантовая теория, по мнению ученого, должна была оперировать со скрытыми переменными, не нарушающими законы причинности.

Бор же считал, что невозможно говорить о свойстве частицы безотносительно к процессу измерения. Поэтому мы должны признать две частицы и два детектора единой системой, а её волновая функция будет заключать в себе обе частицы, несмотря на то, что они удалены друг от друга.

В 1932 г. Иоганн фон Нейман доказал, что детерминистская теория, в которой результаты измерения всегда согласуются с предсказаниями квантовой механики, не может содержать скрытых параметров. Этим опровергалось существование в квантовой теории скрытых переменных, благодаря которым её законы имеют вероятностный характер. Однако позднее, в 1965 г., Джон Белл, опровергая существование скрытых переменных, показал, что теорема Неймана запрещает существование локальных детерминистических моделей со скрытыми переменными, предсказания которых совпадают с предсказаниями квантовой механики. Более того, Белл показал, что такие модели со скрытыми переменными должны приводить к некоторым неравенствам, нарушающим корреляции между микрочастицами. Эти микрочастицы, образуя в начальный момент времени единую систему, потом разлетаются на большое расстояние друг от друга, сохраняя целостность системы. Квантовая механика, учитывая «размытость» начального состояния, «…приводит к более сильным корреляциям, … и неравенства Белла в ней не выполняются».

Чуть позднее Кошен и Шпеккер предложили более простое опровержение существования скрытых параметров: «в квантовой механике случайность сочетается с необходимостью таким образом, что делает невозможным сведение случайности к скрытым параметрам».

Это ещё раз свидетельствует о полноте квантовой теории и об отсутствии скрытых классических переменных.

В 1983г. Элайн Аспект провёл эксперимент, предложенный Эйнштейном в 1935 г. В эксперименте частицы вели себя так, будто между ними существовало некоторое сообщение, однако, они были настолько далеки друг от друга, что между ними за это время не могло возникнуть никакого взаимодействия.

По мнению большинства физиков, частицы А и Б появились в результате одного события, поэтому являются единой системой даже находясь далеко друг от друга. Квантовая волновая функция должна включать обе частицы. Только после наблюдения мы можем признать, что они отличны друг от друга и существуют независимо.

Однако есть и другое понимание. Так, физик Пол Дэвис говорит: «Интересующая система не может рассматриваться как собрание объектов, но как неделимое и единое целое». Полкинхорн так же обращает внимание на целостность квантовых систем: «Квантовые состояния демонстрируют неожиданную степень совместности... Эксперименты ведут к удивительно интеграционистскому взгляду на взаимоотношение систем, которые однажды взаимодействовали друг с другом, сколь бы сильно они ни разделились впоследствии».

Обнаруженные в эксперименте Аспекта дальнодействующие мгновенные аказуальные корреляции между частицами подтверждают связанность, согласованность и единство материальных явлений на квантовом уровне. Сила, осуществляющая это единство, как мы увидим ниже, характеризуется нематериальными свойствами.

Копенгагенская интерпретация

Её предложил Нильс Бор. В основу был положен принцип неопределённости. Бор считал, что электрон реально не обладает характеристиками координат и импульса до тех пор, пока не проведены измерения. На возражение, что невозможно измерить то, чего не существует, Бор отвечал, что «спорна любая действительность для понятия положения и движущей силы». Согласно Бору, положение и скорость не присущи электрону, они - продукт взаимодействия измерительным прибором. Копенгагенская интерпретация не утверждает, что все характеристики квантовых объектов есть результат взаимодействия с измерительным прибором. Статические атрибуты: заряд, масса, спин - стабильны. В отношении этих характеристик квантовые объекты ведут себя согласно классической физике. «Загадочны» только динамичные характеристики: положение, скорость, направление спина - их существование есть акт взаимодействия с измерительной системой. Здесь можно привести аналогию с цветом, который не является врождённым атрибутом, а зависит от цвета освещения. Несмотря на явный субъективизм в измерении динамических величин, Бор не считал, что квантовые объекты является созданием нашего ума: они существуют объективно. Поэтому Бор соглашался, что «мы не можем знать, что такое квантовый мир сам по себе». Мы можем только знать различные способы, которыми он отвечает на наши исследования. Вместе с тем Копенгагенская интерпретация не объясняет парадоксальность коллапса волновой функции: все возможности каким-то образом существуют в потенции до тех пор, пока волновая функция не сколлапсирует, и одно конкретное состояние мгновенно не станет действительностью.

Интерпретация квантовой механики Шрёдингера

Как уже было сказано, Бор предполагал, что акт измерения вызывает динамические характеристики из мира возможностей. Эрвин Шрёдингер, попытался показать нелепость такого понимания с помощью рассуждения, известного под названием «кот Шрёдингера». Суть его в следующем. Поместим кота в закрытый ящик рядом с крупинкой радия, чей период полураспада известен. Условия эксперимента таковы, что мы на 50% уверены, что один атом испустит альфа-частицу в течение одного часа. Если это произойдёт, то специальный механизм разобьёт ампулу с ядом, и животное умрёт. Согласно Копенгагенской интерпретации, через один час, если мы не откроем ящик, кот должен будет находиться в двух состояниях: быть и живым, и мёртвым. Конечно, если мы откроем ящик, то волновая функция сколлапсирует, и кот будет действительно живым или действительно мёртвым.

Шрёдингер этим хотел показать, что Копенгагенская интерпретация наделяет эксперимент «магической силой» выводить вещи из небытия. Тем не менее, эта интерпретация остаётся господствующей в мире ученых, которые, учитывая «кота Шрёдингера», фокусируют внимание на человеке-наблюдателе: «Если мы хотим, чтобы квантовый объект проявлял себя как частица, мы выбираем эксперимент частицы. Если мы хотим, чтобы он проявлял себя как волна, мы выбираем волновой эксперимент». В подтверждение этого Уилер пишет: «Никакой элементарный феномен не является реальным феноменом, пока он не будет наблюдаемым феноменом».

Сам Шредингер приписывает объективную реальность не частицам, а волнам, и не согласен интерпретировать волны только как волны вероятности. Он считает, что функция распределения вероятностей аналогична векторам электрического и магнитного полей в теории Максвелла. Более того, она, как и эти векторы, недоступна наблюдению. Единственное, что доступно наблюдению, это сила и энергия, которые являются квадратичными функциями полей. В случае с функцией вероятности, также наблюдаемой является только лишь квадрат её модуля, т.е. вероятность события.

Сущностная непознаваемость мира для Шрёдингера очевидна: «…Никогда нельзя сказать, что в действительности имеет место или в действительности происходит, но лишь указать, что будет наблюдаться в данном частном случае». Действительно, функция распределения вероятности есть функция 3N переменных и времени. Она существует в абстрактном гильбертовом пространстве, которое с реальным трехмерным пространством ничего общего не имеет.

Только при рассмотрении задачи одного или двух тел можно говорить о распространении волн вероятности во времени и пространстве, т.е. в нашем мире. Поэтому волны вероятности не реальны, а, правильнее сказать, метафизичны нашему трёхмерному бытию.

«Теоретические и практические достижения западной мысли за последние полтора столетия... не слишком обнадеживают. ...Требование - все трансцендентное должно исчезнуть - не может быть последовательно проведено в теории познания, т.е. именно в той области, для которой этот тезис и предназначался в первую очередь, - писал Эрвин Шредингер. - Причина заключается в том, что мы не можем обойтись здесь без путеводной нити метафизики (выделено нами - В.Р.)».

Интерпретация Бома

Другая интерпретация предложена Дэвидом Бомом. Волновая функция для него, также как и для Шрёдингера, является математическим представлением некоторого реального, объективного поля, несмотря на трудности, возникающие при N>2. В понимании Бома координаты и импульсы частиц являются «скрытыми переменными», которые можно измерить лишь путём непрерывного наблюдения, что фактически невозможно.

Бом разработал уравнения для квантового потенциала, действующего как некая мгновенная волна, направляющая частицы. Эта волна несет закодированную информацию как о близких, так и об удаленных событиях, и не уменьшается с увеличением расстояния. Бом считает, что существует холический внутренний порядок, информация которого разворачивается во внешний порядок определенных полей и частиц. В качестве грубой аналогии можно предложить телевизионный сигнал, в котором информация зримого образа свёрнута в электромагнитную волну, или голографическую фотографию, в плоскости содержащую информацию об объёме.

Интерпретация Бома рисует впечатляющую целостность, допуская мгновенные нелокальные непричинные связи. События, разделенные в пространстве и времени, соотносимы, поскольку они разворачиваются из одного внутреннего порядка. Между ними не существует прямых причинных связей, так как одно событие само по себе не влияет на другое. Даная теория не нарушает релятивистского запрета на передачу сигналов со скоростью выше скорости света, поскольку её нельзя использовать для того, чтобы посылать сигнал с одного детектора на другой.

Несмотря на то, что точка зрения Бома согласуется с экспериментами, большинство физиков всё же разделяет взгляды Бора, т.к. пока не существует экспериментальных опровержений теории последнего. Интерпретация Бома и его коллег по теории квантового потенциала может быть проверена опытами, но этого пока ещё не сделано.

Интерпретация Гейзенберга

Гейзенберг основы понимания природы бытия усматривал в греческой философии. Жизнь Сократа, по Платону, состояла в постоянном обсуждении языковых понятий и границ наших средств выражения. Гейзенберг считает, что вопрос об объективности наших знаний о мире решается степенью объективности понятий, которые выработаны в процессе взаимного общения с миром, и, строго говоря, субъективны: «Значения всех понятий и слов, образующиеся посредством взаимодействия между миром и нами самими, не могут быть точно определены. А это значит, что мы не знаем точно, в какой степени они могут нам помочь в познании мира.… Поэтому путем только рационального мышления никогда нельзя прийти к абсолютной истине (выделено нами - В.Р.)». Естественная наука не просто описывает и объясняет природу, она описывает природу таким способом, каким мы её спрашиваем.

Гейзенберг соглашался с Копенгагенской интерпретацией, что «мы не можем описывать природу, не вводя себя самих в качестве самостоятельных сущностей в это описание». Но он не соглашался, что мир существует лишь благодаря нашему его восприятию: «Тот факт, что в физике природу можно описать посредством простых математических законов, учит нас тому, что мы имеем здесь дело с подлинными чертами реальности, а вовсе не с тем, что мы в некотором смысле слова изобрели сами».

Для Гейзенберга неопределённость есть свойство природы. Природа не определена, как предполагает классическая физика, но она неопределённа. Гейзенберг восстановил Аристотелевскую терминологию потенции и акта. «Всё, что мы наблюдаем в мире явлений, - говорил Аристотель, - представляет собой оформленную материю». Материя, следовательно, является реальностью не сама по себе, но представляет собой только возможность, "потенцию", она существует лишь благодаря форме. По Аристотелю, материя не является каким-либо определённым веществом, как воздух, вода, огонь или даже пространство; она является тем «нечто», которое может перейти благодаря форме в актуально свершившееся.

Атомная область есть область возможности, говорил Гейзенберг, будущее событие не предрешено до тех пор, пока из диапазона возможностей одна не реализовалась. Когда учёный вторгается своим измерительным прибором в атомную систему, он актуализирует конкретный результат из того, что было нечёткой областью возможностей. Гейзенберг писал: «Переход от "возможности" к "действительности" происходит во время акта наблюдения».

Полное взаимопревращение элементарных частиц в энергию и обратно побуждает Гейзенберга видеть в «энергии» современной физики первоматерию Аристотеля: «Таким образом, энергию можно считать основной субстанцией, первоматерией. Фактически она обладает существенным свойством, принадлежащим субстанции: она сохраняется». Благодаря энергии частица «актуализируется», и в мире существуют изменения состояния.

Взаимные превращения частиц Гейзенберг считает неоспоримым доказательством единства материи: «Все элементарные частицы "сделаны" из одной и той же субстанции, из одного и того же материала, который мы можем назвать энергией, или универсальной материей; они - только различные формы, в которых может проявляться материя».

Уравнение Шрёдингера, называемое Гейзенбергом как «математическое уравнение всей материи», имеет собственные решения - волновые функции, которые суть элементарные частицы. Поэтому Гейзенберг соглашается с Пифагором, сказавшим: «Все вещи суть числа». Для ученого «…все элементарные частицы, в конечном счёте, суть математические формы, только гораздо более сложной и абстрактной природы». Они являются первообразами, идеями материи, которыми определяется всё происходящее.

2.6 Субстанциональная интерпретация

Выше было показано, как близко Гейзенберг подошёл к идеалистическому пониманию реальности: волновые функции являются математическим, т.е. идеалистическим представлением материи. Однако остаётся неразрешённым вопрос о том, как соотносятся идеальная и вещественная, т.е. наблюдаемая, стороны нашего мира.

Платон, как известно, учил, что наш мир является несовершенным отражением совершенного мира идей. Аристотель также утверждал наличие у каждой вещи идеального начала, согласно которому происходит становление материи. Это идеальное начало он называл «энтелехия». Однако энтелехии Аристотеля вне материи не существуют, в то время как мир идей Платона существует и вне вечного материального мира.

Для выяснения этого вопроса рассмотрим субстанциональную интерпретацию вектора состояния, изложенную Э.А. Тайновым. Предлагая понятие субстанции, обладающей внутренним единством природы, целостностью, автономностью (неподчинённостью внешним законам), активностью, он утверждает, что материя не обладает свойством субстанции. Для Тайнова «законы природы имеют своим референтом сущности объектов, духовную субстанцию, а не материю, не сами материальные объекты». Сами по себе материальные частицы не могут выступать как единое целое, мгновенно обмениваться информацией о состоянии и вступать в силовое взаимодействие. Это означает, что «законы природы относятся не к самим материальным объектам, а к тому таинственному интеллигентному агенту, который знает всё об объектах и законах природы и обладает необходимыми свойствами, позволяющими ему справиться с этой бесконечно сложной задачей. Этот агент со свойством автономности представляет собой не что иное, как духовную субстанцию, и она есть сущность материальных объектов».

Рассматривая физические свойства вектора состояния, Тайнов приходит к выводу: «Сопоставление этих свойств с определением субстанции показывает, что этот референт представляет собой некую ненаблюдаемую субстанцию». Действительно, как было указано выше, вектор состояния является ненаблюдаемой величиной (наблюдается только его усреднённое значение), существующей вне времени и пространства и оказывает силовое воздействие на частицы (волна-пилот Бомовской интерпретации). Это означает, пишет Тайнов, называя вектор состояния субстанцией, что «эта субстанция не имеет бытия в пространстве-времени, а является сверхвременной и сверхпространственной нематериальной субстанцией, управляющей пространственно-временным поведением материальных объектов».

Итак, волновая функция является референтом духовной субстанции, сущности материальных объектов. Эта субстанция «вероятностно управляет материальными объектами в пространстве-времени, располагая полной и конкретной информацией об их возможном поведении и оказывая на них активное силовое воздействие».

На основании субстанциональной интерпретации достаточно просто можно объяснить вероятностный характер квантовых явлений. «В субстанциональной интерпретации, - пишет Тайнов, - сосуществование вектора состояния и пучка траекторий в теории вполне естественно, поскольку референт вектора состояния, субстанция-пастырь, и частица сосуществуют и имеют каждая свой онтологический статус».

Субстанциональная интерпретация "рассеивает" корпускулярно-волновой дуализм классической физики: «есть событие частиц с их корпускулярными свойствами и интеллигенций с "волновыми" свойствами (о чём можно говорить лишь весьма условно). Материальные частицы существуют реально в пространстве-времени и принадлежат реальному бытию. Интеллигенции бытуют вне пространства-времени и принадлежат духовному бытию - они лишь проявляют свою активность в пространстве и времени».

Краткие выводы

Подведём некоторые итоги. Постигая природу материи, физика впервые натолкнулась не невыразимость открытой ею реальности на повседневный язык понятий. Эта реальность может быть осмыслена лишь метафизически. Осмысление квантовой механики происходило в русле и терминах античной философии, представленной в трудах Платона и Аристотеля. Вкратце перечислим основные положения метафизического осмысления достижений квантовой механики.

1. Впервые научному познанию открылась субъективность человеческого познания. Квантовая механика показала невозможность объективного знания для человека, поскольку он сам является частью изучаемого им мира. Поэтому мышление человека и его терминологическая система находятся в тесной связи с окружающей реальностью, и, строго говоря, субъективны.

2. Мир на квантовом уровне представляется как единое целое, в котором части изменяют свои свойства, находясь в системе. Единство частей в целом проявляется в нелокальных казуальных связях между ними.

3. Волновая функция, или вектор состояния системы, несмотря на вероятный характер, наиболее полно описывает состояние квантовой системы на языке математики. Она является референтом, в нашем мире идеальной, духовной субстанции. Эта субстанция определяет единство мира как целого; объясняет дальнодействующие нелокальные связи между атомными объектами.

4. Материальные частицы представляются объективно существующими, но их бытие не автономно, поскольку они подчиняются идеальным законам бытия мира, интеллигенциям, или, на языке православной метафизики, логосам.

5. Вероятностный характер квантовых явлений указывает на отсутствие детерминизма на атомном уровне. Эта позволяет увидеть, что законы материи лежат вне её, в мире идеальном, духовном.

6. Дэвид Бом и Вернер Гейзенберг очень близко подошли к метафизическому пониманию бытия, излагаемому Православной Церковью учении о творении мира материального и оформлению его согласно с божественными идеями, логосами. Дэвид Бом предполагал существование волн вероятности более реальным, нежели существование частиц. Его волны вероятности оказывают силовое воздействие на частицы, управляют их поведением. Лишь только открытие метафизических свойств волновой функции заставило Бома отказаться от физического существования волн материи. Вернер Гейзенберг пришёл к выводу, что квантовые объекты имеют единое начало и определяются идеальными категориями, хотя и имеют автономное существование.

7. Как итог нужно отметить, что современное научное знание подошло к такой границе, где глубокое осмысление реальности невозможно без метафизики. Метафизика, основанная на догматах Православного учения о творении Богом мира из ничего Своим Словом, будет лучшим инструментом в построении непротиворечивой картины нашего тварного бытия.

3. Синергетика

3.4 Соотношение детерминизма и вероятности

Исследования Ильи Пригожина поставили перед естествознанием вопрос: «Что является первостепенным для мира: упорядоченность, определённость и подчинённость законам или неопределённость, беспорядочность, хаотичность?»

Установление законов природы, определяющих поведение динамических систем, богословами всегда использовалось как весомый аргумент в пользу бытия Бога. «Открытие не изменяющихся детерминистических законов сближало человеческое знание с божественной вневременной точкой зрения», - пишет Илья Пригожин.

Однако, как упоминалось выше, эти законы описывают обратимые во времени процессы, в то время как реальные события и явления связаны с термодинамической стрелой времени, и являются только необратимыми процессами.

Всем известно, что траекторию падающего камня легче рассчитать, чем траекторию «системы трёх тел», например, Солнца, Земли и Юпитера. До некоторого времени трудность этой задачи считалась лишь технической. Только в конце XIX века Пуанкаре показал, что решение задач такого типа может быть найдено только для устойчивой системы.

Рассмотрим математический маятник. Без учёта трения маятник является устойчивой системой. Трение же создаёт в системе колебаний маятника неустойчивость, которая приводит, наконец, к срыву колебаний. Законы классической механики не учитывают неустойчивость, связанную с трением, и получают достаточно «приближённый» к истине результат. Подобные «просчёты» применяются всюду: от расчета падения парашютиста с учётом трения до астрономических расчётов траекторий планет. Все они имеют «прогнозический характер» с высокой степенью вероятности. Например, «небольшая погрешность в определении координат кометы Галлея в 1910 г. незначительно исказила прогноз времени следующего её появления в 1986 г».

И. Пригожин показал, что классическая механика неполна, «поскольку не охватывает необратимые процессы, связанные с возрастанием энтропии». Внесение в классическое описание динамической системы необратимых процессов, неустойчивости, хаотичности возводит такую динамическую систему в разряд неинтегрируемых. Для неинтегрируемых систем вероятностное описание является более полным, чем описание в траекториях: «Элементы, включающие в себя хаос, стрелу времени… приводят нас к более целостной концепции природы, в которой становление и события входят на всех уровнях описания».

Описание картины мира, в котором отсутствует вероятность, необратимость «соответствует только идеализациям, или аппроксимациям». Такой мир, считает Илья Пригожин, радикально отличался бы от того мира, который мы наблюдаем.

Итак, мы приходим к примату вероятностного понимания реальности не только на молекулярном уровне, но и в повседневном опыте, и даже в космологическом масштабе.

3.5 Спорные вопросы

Основатели теории хаоса попытались разрешить вопрос, считаемый богословами неоспоримым свидетельством в пользу Божественного присутствия в мире, вопрос о причине появления и эволюции живых организмов. Является ли жизнь естественным следствием эволюции материи, направляющим фактором которой является окружающая среда, или она есть след божественного акта? В связи с этим изложим основные положения синергетики по этому вопросу.

Самоорганизация материи (живой и неживой) неоспорима для синергетики, более того она является важнейшим условием порядка и стабильности всех систем: «Поддержание организации в природе не достигается (и не может быть достигнуто) управлением из единого центра; порядок может поддерживаться только с помощью самоорганизации. Самоорганизующиеся системы делают возможной адаптацию к доминирующему типу окружающей среды, т.е. реагируют на изменения в окружающей среде, и именно их термодинамическая реакция делает такие системы чрезвычайно устойчивыми к возмущениям внешних условий».

Открытые многочисленные факты самоорганизации неживой материи в упорядоченные структуры заставляют учёных видеть в появлении живых организмов ещё одну ступень в эволюции материи. Синергетика признаёт, что материя сама в себе не имеет свойств к самоорганизации и развитию, поэтому активное влияние отводится окружающей среде как совокупности всех природных факторов.

Самоорганизация неживой материи наталкивает ученых на существование «скрытых» способов записи информации в молекуле ДНК. Пригожин утверждает, что химические соединения благодаря своей необратимости могут быть «носителями информации». Им предлагается один из простейших способов «записи информации» на особом полимере, который обладает характеристикой цепи Маркова пятого порядка.

Проводя оценку этих положений синергетики можно заметить, что основатели синергетики желают убедить всех в случайности нашего мира, в случайности живых организмов, и более того, в случайности разумного человека. Под случайностью здесь понимается фактор окружающей среды. Таким образом, человек как высокоорганизованная система является верхом саморазвития природы.

Если квантовая теория, постулаты которой были сформулированы более 70 лет назад, с самого начала осмысливалась на основании идеалистической античной философии, то основатели синергетики, появившейся в 70-80гг XX в., практически не рассматривают её положения в русле философии. Поэтому мы надеемся, что вскоре появится более глубокое метафизическое осмысление положений синергетики. Однако на настоящий момент большинство мыслителей обходят эту проблему стороной.

Самым важным положением теории хаоса является то, что она подвергла сомнению детерминизм классической науки. При описании любого процесса нам никогда не достичь точного и верного результата. Точные вычисления даже теоретически оказываются невозможными из-за того, что подавляющее большинство процессов в нашем мире является необратимым. Поэтому описание нашего мира науке представляется промежуточным между детерминированным описанием и описанием мира чистых случайностей.

Теория хаотических систем также в корне подрывает основы редукционизма. «Теория хаоса, - пишет Иен Барбур, - изучает качественную форму крупномасштабных моделей, которые могут быть сходны, даже если их составные части сильно отличаются друг от друга». Порядок здесь уже является более широким понятием, чем закон, т.к. в него включаются формальные, холические, исторические и вероятностные модели. Вот как пишет об этом Джеймс Глейк: «Хаос противоречит редукционизму. Новая наука делает далеко идущие утверждения об устройстве мира: она считает, что, когда речь идет о наиболее интересных вопросах, таких, как порядок и беспорядок, разрушение и созидание, формирование структуры и сама жизнь, то целое невозможно объяснить, исходя из составных частей. Сложными системами управляют фундаментальные законы, но это новый вид законов. Это законы структуры, организации и масштаба, которые просто исчезают, если мы сосредоточиваем внимание на отдельных составляющих сложной системы - точно так же, как психология толпы, занятой линчеванием, неприменима к отдельным ее представителям».

Необратимые процессы являются следствием протекания времени. «Коль скоро у нас есть стрела времени, - пишет Илья Пригожин, - сразу же становятся понятными две основные характеристики природы - единство и многообразие». Время является объединяющим началом Вселенной: «…стрела времени общая для всех частей нашего мира». Это же время является и источником порядка.

Процессы становления в синергетике играют существенную роль. Детерминизм относится к области идеализаций, где нет необратимых процессов, где нет становления. Отличие причин от следствий в нашем мире вносит в него необратимость, и как следствие - непредсказуемость и вероятность в описании явлений. Этим определяется многообразие структур как живой, так и неживой материи. Становление, актуализация, о которых впервые сказал Аристотель, есть принадлежность нашей жизни, тварной, изменяющейся, имеющей начало во времени. Мир без неопределённостей, без хаотичности, без «теней» Платоновой пещеры будет только тогда, когда «последний же враг истребится - смерть» (1Кор. 15:26). Тогда не будет ни рождения, ни становления, ни смерти, а «будет Бог во всем» (1Кор. 15:28).