Двойственная природа микрочастиц модели атома Бора

30

Московский гуманитарно-экономический институт

Волгоградское представительство

РЕФЕРАТ ПО КОНЦЕПЦИИ СОВРЕМЕННОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ

Тема: ДВОЙСТВЕННАЯ ПРИРОДА МИКРОЧАСТИЦ МОДЕЛИ АТОМА БОРА

Выполнила студентка 1 курса

Ф-6з-01

Колпакова Ксения Евгеньевна

Рецензент: Левин

Александр Александрович

г. Волгоград, 2001

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………….3

НИЛЬС БОР - УЧЁНЫЙ И ЧЕЛОВЕК…………………………………………5

УСПЕХИ И НЕДОСТАТКИ ТЕОРИИ БОРА…………………………………..6

ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………………….27

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ………………………………………………………28

ВВЕДЕНИЕ

Вот Бор всем известный...

А вот дополнительный закон,

Который был Бором провозглашен,

Который описывает с двух сторон

Как электрон, так и протон

Атома,

Который построил Бор.

А вот электронные уровни

Атома,

Который построил Бор.

Которые спектр характерный дают

На них перескакивают электроны,

Атома

Который построил Бор.

А вот ядро

Атома,

Который построил Бор,

Которое видит он как каплю,

Которая находится точно в центре

Атома,

Который построил Бор.

Стихи Р.Е. Пайерлса в честь семидесятой годовщины со дня рождения Нильса Бора.

В своем выступлении на вечере памяти Нильса Бора в Политехническом музее в Москве 16 декабря 1962 года академик И. Е. Тамм сказал: "Бор не только был основателем квантовой теории, которая открыла человечеству путь к познанию нового мира - мира атомов и элементарных частиц - и тем самым проложила путь в атомный век и позволила овладеть атомной энергией. Труды Бора наряду с работами Эйнштейна оказали решающее влияние не только на физику нашего века, но и на современное научное мировоззрение в целом".

Одной из главных научных работ Нильса Бора является его статья "О строении атомов и молекул", три части которой вышли в июле, сентябре и ноябре 1913 года. В ней Бор рассматривал модель атома Резерфорда с использованием кванта действия Планка. Получившая, в последствии, название модель атома Резерфорда-Бора объясняла многие физические явления и стала основой квантовой теории.

НИЛЬС БОР УЧЕНЫЙ И ЧЕЛОВЕК

Нильс Бор родился 7 октября 1885 г. в Копенгагене. Отец Нильса Бора, профессор Христиан Бор был известным физиологом. В 1903 г. Нильс поступает в Копенгагенский университет. В 1907 г. ему присуждается золотая медаль Королевской Датской академии за экспериментальное исследование поверхностного натяжения жидкостей. В 1909 г. Бор получает степень магистра наук, а затем в феврале 1911 г. - докторскую степень.

В сентябре того же года бор получает стипендию Карлсбергского фонда для стажировки за границей у Дж. Дж. Томсона в Кавендишской лаборатории.

В марте 1912 г. он переезжает к Резерфорду в Манчестер. В лаборатории Резерфорда он столкнулся с трудностями теории атома того времени: устойчивость планетарного атома не совместима с законами классической электродинамики и механики. Исходя из теории квантования энергии, Бор создает свою теорию.

1918 г. - Бор дает общую формулировку принципа соответствия.

1921 г. - открытие института Бора.

1927 г. - формулировка принципа дополнительности.

1933 г. - приход к власти Гитлера, создание Бором Датского комитета помощи немецким изгнанникам-антифашистам.

1934 г. - первая поездка в Советский Союз.

1937 г. - работа Бора - Калькара о превращении атомных ядер.

1944 г.- работа в Лос-Аламосе. Бор предвидит будущую политику атомного шантажа, встречи с Рузвельтом и Черчиллем, борьба за международный контроль над ядерным оружием.

1950 - Бор пишет "Открытое Письмо" ООН с программой борьбы за мир.

Нильс Бор был не только видный ученый, но и ярый борец за мир, за невоенное использование ядерной энергии. Смерть Бора 18 ноября 1962 года - это потеря человечеством не только замечательного ученого, но и великого человека.

УСПЕХИ И НЕДОСТАТКИ ТЕОРИИ БОРА

Ядерная модель атома Резерфорда получила свое дальнейшее развитие благодаря работам Нильса Бора, в которых учение о строении атома неразрывно связывается с учением о происхождении спектров.

Линейчатые спектры получаются при разложении света испускаемого раскаленными парами или газами. Каждому элементу отвечает свой спектр, отличающийся от спектров других элементов. Большинство металлов дает очень сложные спектры, содержащие огромное число линий (в железе до 5000), но встречаются и сравнительно простые спектры.

Развивая ядерную теорию Резерфорда, ученые пришли к мысли, что сложная структура линейчатых спектров обусловлена происходящими внутри атомов колебаниями электронов. По теории Резерфорда, каждый электрон вращается вокруг ядра, причем сила притяжения ядра уравновешивается центробежной силой, возникающей при вращении электрона. Вращение электрона совершенно аналогично его быстрым колебаниям и должно вызвать испускание электромагнитных волн. Поэтому можно предположить, что вращающийся электрон излучает свет определенной длины волны, зависящий от частоты обращения электрона по орбите. Но, излучая свет, электрон теряет часть своей энергии, в следствие чего нарушается равновесие между ним и ядром; для восстановления равновесия электрон должен постепенно передвигаться ближе к ядру, причем так же постепенно будет изменяться частота обращения электрона и характер испускаемого им света. В конце концов, исчерпав всю энергию, электрон должен "упасть" на ядро, и излучение света прекратится. Если бы на самом деле происходило такое непрерывное изменение движения электрона, то и спектр получался бы всегда непрерывный, а не с лучами определенной длины волны. Кроме того, "падение" электрона на ядро означало бы разрушение атома и прекращения его существования. Таким образом, теория Резерфорда была бессильна объяснить не только закономерности в распределении

линий спектра, ни и само существование линейчатых спектров. В 1913 г. Бор предложил свою теорию строения атома, в которой ему удалось с большим искусством согласовать спектральные явления с ядерной моделью атома, применив к последней так называемую квантовую теорию излучения, введенную в науку немецким ученым-физиком Планком. Сущность теории квантов сводится к тому, что лучистая энергия испускается и поглощается не непрерывно, как принималось раньше, а отдельными малыми, но вполне определенными порциями - квантами энергии. Запас энергии излучающего тела изменяется скачками, квант за квантом; дробное число квантов тело не может ни испускать, ни поглощать. Величина кванта энергии зависит от частоты излучения: чем больше частота излучения, тем больше величина кванта. Кванты лучистой энергии называются также фотонами. Применив квантовые представления к вращению электронов вокруг ядра, Бор положил в основу своей теории очень смелые предположения, или постулаты. Хотя эти постулаты и противоречат законам классической электродинамики, но они находят свое оправдание в тех поразительных результатах, к которым приводят, и в том полнейшем согласии, которое обнаруживается между теоретическими результатами и огромным числом экспериментальных фактов. Постулаты Бора заключаются в следующем: Электрон может двигаться вокруг не по любым орбитам, а только по таким, которые удовлетворяют определенными условиям, вытекающим из теории квантов. Эти орбиты получили название устойчивых или квантовых орбит. Когда электрон движется по одной из возможных для него устойчивых орбит, то он не излучает. Переход электрона с удаленной орбиты на более близкую сопровождается потерей энергии. Потерянная атомом при каждом переходе энергия превращается в один квант лучистой энергии. Частота излучаемого при этом света определяется радиусами тех двух орбит, между которыми совершается переход электрона. Чем больше расстояние от орбиты, на которой находится электрон, до той, на которую он переходит, тем больше частота излучения. Простейшим из атомов является атом водорода; вокруг ядра которого вращается только один электрон. Исходя из приведенных постулатов, Бор рассчитал радиусы возможных орбит для этого электрона и нашел, что они относятся, как квадраты натуральных чисел: 1 : 2 : 3 : ... n Величина n получила название главного квантового числа. Радиус ближайшей к ядру орбиты в атоме водорода равняется 0,53 ангстрема. Вычисленные отсюда частоты излучений, сопровождающих переходы электрона с одной орбиты на другую, оказались в точности совпадающими с частотами, найденными на опыте для линий водородного спектра .Тем самым была доказана правильность расчета устойчивых орбит, а вместе с тем и приложимость постулатов Бора для таких расчетов. В дальнейшем теория Бора была распространена и на атомную структуру других элементов, хотя это было связанно с некоторым трудностями из-за ее новизны.

Теория Бора позволила разрешить очень важный вопрос о расположении электронов в атомах различных элементов и установить зависимость свойств элементов от строения электронных оболочек их атомов. В настоящее время разработаны схемы строения атомов всех химических элементов. Однако, иметь ввиду, что все эти схемы это лишь более или менее достоверная гипотеза, позволяющая объяснить многие физические и химические свойства элементов. Как известно, число электронов, вращающихся вокруг ядра атома, соответствует порядковому номеру элемента в периодической системе. Электроны расположены по слоям, т.е. каждому слою принадлежит определенное заполняющие или как бы насыщающее его число электронов. Электроны одного и того же слоя характеризуются почти одинаковым запасом энергии, т.е. находятся примерно на одинаковом энергетическом уровне. Вся оболочка атома распадается на несколько энергетических уровней. Электроны каждого следующего слоя находятся на более высоком энергетическом уровне, чем электроны предыдущего слоя. Наибольшее число электронов N, могущих находиться на данном энергетическом уровне, равно удвоенному квадрату номера слоя:

N=2n*n

где n-номер слоя. Кроме того, установлено, что число электронов в наружном слое для всех элементов, кроме палладия, не превышает восьми, а в предпоследнем - восемнадцати. Электроны наружного слоя, как наиболее удаленные от ядра и, следовательно, наименее прочно связанные с ядром, могут отрываться от атома и присоединяться к другим атомам, входя в состав наружного слоя последних. Атомы, лишившиеся одного или нескольких электронов, становятся заряженные положительно, так как заряд ядра атома превышает сумму зарядов оставшихся электронов. Наоборот атомы присоединившие электроны становятся заряженные отрицательно. Образующиеся таким путем заряженные частицы, качественно отличные от соответствующих атомов. называются ионами. Многие ионы в свою очередь могут терять или присоединять электроны, превращаясь при этом или в электронейтральные атомы, или в новые ионы с другим зарядом. Теория Бора оказала огромные услуги физике и химии, подойдя, с одной стороны, к раскрытию законов спектроскопии и объяснению механизма лучеиспускания, а с другой - к выяснению структуры отдельных атомов и установлению связи между ними. Однако оставалось еще много явлений в этой области, объяснить которые теория Бора не могла.

Движение электронов в атомах Бор представлял как простое механическое, однако оно является сложным и своеобразным. Это своеобразие было объяснено новой квантовой теорией. Отсюда и пошло: “Карпускулярно-вролновой дуализм”.

Идея соответствия играла главную роль в формировании и развитии концепции дополнительности Бора, ставшей ядром копенгагенской интерпретации квантовой теории. Согласно этой концепции, для полноты описания явления в микромире необходимо использовать классические понятия, которые, хотя и являются взаимоисключающими, но взаимно дополняют друг друга и дают исчерпывающую информацию о явлении.

Рассказывают, что когда Н.Бор был в Японии, на о.Хонсю, то, любуясь Фудзиямой, он назвал ее “воплощением самой идеи дополнительности”. Бор говорил, что только совокупность различных восприятий под разными углами и с различных позиций может передать полную очарования картину воздушных и стройных линий горы, как это пытался сделать и сделал Хокусай в своих знаменитых “Ста картинах Фудзиямы”. Именно в этом и состоит идея дополнительности: не отдавать предпочтение какому-либо отдельному наблюдению, аспекту, стороне, свойству, а считать, что все различные наблюдения, аспекты, взгляды необходимы как взаимодополняющие друг друга элементы, дающие максимально полное в данной познавательной ситуации описание объекта исследования. Концепция дополнительности, появившаяся как необходимое условие для объяснения и понимания квантовой проблемы, прекрасная в принципе, превратилась в своеобразный стиль мышления, который по существу своему глубоко диалектичен.

Рассмотривая связь между дополнительностью и соответствием и между дополнительностью и относительностью, необходимо кратко остановиться на возможности толкования принципа дополнительности как универсального принципа и на некоторых возражениях против такого толкования. Столь пристальное внимание к принципу дополнительности не случайно. В дальнейшем станет ясно, что связь между дополнительностью, соответствием и относительностью существенна, поскольку лежит в фундаменте общей системы методологических принципов.

Начнем со связи между дополнительностью и соответствием. Еще в самом начале создания теории атома водорода Бор применял неквантовые понятия к квантовой физике настолько, насколько это было возможно, невзирая на распространенное мнение о том, что классические понятия неадекватны в квантовой области. Бор понимал, что переход к атомным системам нельзя осуществить в полной мере с помощью классического аппарата, но отмечал, что “динамическое равновесие системы в стационарных состояниях можно рассматривать с помощью обычной механики”, правда “переход системы из одного стационарного состояния в другое нельзя трактовать на этой основе”¹. Известно было также, что законы, относящиеся к области длинноволнового излучения, соответствуют законам классической электродинамики. Такая аналогия, точнее соответствие, выглядела вначале сугубо формальной, но в дальнейшем стала очевидной ее исключительная плодотворность. Опираясь на аналогию, Бор строил мост к будущей концепции дополнительности. Он с полным основанием утверждал, что, несмотря на фундаментальные различия между классической теорией излучения и квантовой идеей, можно получать результаты, основанные на квантовых представлениях, но дополняющие выводы, основанные на классической теории, и в то же время дополняемые ими.

Так по пути аналогии Бор закономерно пришел к принципу соответствия, а от него к принципу дополнительности. Это не случайно, потому что такой путь есть путь симметрии. Аналогия как единство противоположностей (изменения и сохранения) является специфической формой симметрии. И если принцип соответствия требует рассматривать квантовую теорию как рациональное обобщение классической теории излучения, то по аналогии Бор утверждает, что принцип дополнительности является рациональным обобщением самого классического идеала причинности. “Дополнительный способ описания,-- подчеркивает Бор,-- в действительности не означает произвольного отказа от привычных требований, предъявляемых ко всякому объяснению; напротив, он имеет целью подходящее диалектическое выражение действительных условий анализа и синтеза в атомной физике”².

Как можно видеть, Бор хотя и противопоставляет понятия дополнительности и причинности, но не разводит их настолько, чтобы между ними оставалась непроходимая пропасть: дополнительность он рассматривает как момент в движении физики к идеалу причинности. Ученый утверждает, что понятие дополнительности есть рациональное развитие “наших способов классифицировать и понимать новые опытные факты, которые по своему характеру не находят себе места в рамках причинного описания; последнее годится для объяснения поведения объектов, только пока это поведение не зависит от способов наблюдения. Точка зрения дополнительности далека от какого-либо мистицизма, противоречащего духу науки; в действительности она представляет собой последовательное обобщение идеала причинности”³. Тем самым единый классический идеал причинности в квантовой физике раздваивается, т.е. “пространственно-временную координацию и динамические законы сохранения можно рассматривать как два дополнительных аспекта обычной причинности, которые в этой области до некоторой степени исключают друг друга, хотя ни один из них не теряет своей внутренней законности”⁴. В этих размышлениях Бора видна связь, аналогия, преемственность между принципами соответствия и дополнительности: два дополнительных аспекта не исчезают, а сохраняются в новом квантовом описании, поскольку этого требует идея соответствия.

Итак, принцип соответствия приводит Бора к концепции дополнительности. С течением времени Бор все более убеждается, что классические понятия никогда не будут отстранены от квантовой теории. Он считает, что “любое описание природы должно быть основано на использовании представлений, введенных и определенных классической теорией. В связи с этим встает вопрос о возможности представления принципов квантовой теории в такой форме, чтобы это использование классических представлений оказалось свободным от противоречий”⁵.

Необходимость применения классических понятий в квантовой физике следует из того факта, что мы не можем сообщать друг другу результаты экспериментов никак иначе, кроме как посредством нашего обыкновенного классического языка, классических понятий, выработанных в результате нашего повседневного классического опыта. Бор пишет, что “цель всякого физического опыта есть получение данных при воспроизводимых и поддающихся словесной передаче условиях. Эта цель не оставляет нам никакого другого выбора, как пользоваться повседневными понятиями, может быть улучшенными терминологией классической физики, не только при описании устройства и работы измерительных приборов, но также и при описании получаемых экспериментальных результатов”⁶.

И в дальнейшем Бор последовательно проводит эту мысль: “...Как бы далеко ни выходили квантовые эффекты за пределы возможностей анализа классической физики, -- пишет ученый в статье “О понятиях причинности и дополнительности”, -- описание экспериментальной установки и регистрация результатов наблюдения всегда должны производиться на обычном языке, дополненном терминологией классической физики. Это есть простое логическое требование, поскольку слово “эксперимент” в сущности может применяться лишь для обозначения такой ситуации, когда мы можем рассказать другим, что мы сделали и что узнали в итоге”⁷. В статье “Максвелл и современная теоретическая физика” Бор также подчеркивает, что всякое физическое описание необходимо осуществлять на языке классической физики: “...Мы должны осознать, что недвусмысленное истолкование любого измерения должно быть по существу выражено в терминах классических теорий, и мы можем сказать, что в этом смысле язык Ньютона и Максвелла останется языком физиков на все времена”⁸. В дискуссии с А.Эйнштейном он снова утверждает, что “как бы далеко ни выходили явления за рамки классического физического объяснения, все опытные данные должны описываться при помощи классических понятий”⁹.

Из-за исключительной важности этой идеи А.3.Петров предложил назвать ее принципом Бора, который можно сформулировать следующим образом: теория должна быть такой, чтобы она соответствовала терминологии, понятиям и информации, получаемой в ходе экспериментов¹⁰. Этот принцип вместе с принципами соответствия и дополнительности выражает сущность “квантовой гносеологии”. В совокупности они обеспечивают условия создания истинной физической теории -- сохранение классических понятий и возможность сравнивать теоретические выводы с экспериментальными данными. Но, следовательно, данный принцип, по существу, представляет собой принцип сохранения, утверждающий, что при переходе от классической теории к квантовой классический язык сохраняется.

С точки зрения П.Фейерабенда, Дж.Холтона, В.П.Хютта и некоторых других исследователей, принцип дополнительности представляет собой высший этап в развитии квантовой теории, так как дополнительность хорошо согласует квантовое содержание явления и его классическое описание, сглаживает между ними контрасты. Классическое описание физической реальности, которое требует соответствия, остается, но как особый, дополнительный способ.

Известно, что Бор давал много формулировок дополнительности, но не употреблял слово “принцип”. Одна из этих формулировок приведена в последней его работе, изданной уже посмертно: невозможность объединить явления, наблюдавшиеся при различных экспериментальных условиях, в единую классическую картину делает необходимым рассматривать такие явления, выглядящие противоречивыми, как дополнительные в том смысле, что они, взятые вместе, исчерпывают все появляющиеся определенные выводы об атомных объектах. Поэтому сущность принципа дополнительности, как отмечает В.П.Хютт, сводится к признанию, что полное описание квантового явления с помощью классических представлений и понятий возможно только при наличии двух дополнительных по отношению друг к другу систем понятий¹³. Дополнительность двух концептуальных систем означает, что, во-первых, концептуальные системы являются с классической точки зрения взаимоисключающими, но создают единую наглядную картину; во-вторых, взятые вместе, две эти системы дают исчерпывающую информацию о квантовом объекте, при этом какой-либо одной системы самой по себе для полного описания микрообъекта недостаточно; в-третьих, две концептуальные системы эквивалентны и ни одна из них не может быть единственно истинной.

В принципе дополнительности, согласно В.П.Хютту, проявляется своеобразный, негегелевский тип диалектики, поскольку ни тезис, ни антитезис не могут быть “сняты” при превращении сущности в сущность более высокую. Альтернатива продолжает существовать в форме “или одно, или другое”, при этом выбор зависит от экспериментальных условий. Как писал Дж.Холтон, через принцип дополнительности Бор предложил новую, не известную до него форму выражения физического знания, в соответствии с которой две альтернативы физического объяснения явления -- и тезис, и антитезис -- должны применяться одновременно, хотя каждая сама по себе не является адекватной. Альтернативы остаются в состоянии конфронтации, но развиваются параллельно, а не поглощают одна другую через “снятие”, как того требует гегелевская диалектика, трактующая движение в качестве однолинейного прогрессивного восхождения. Дополнительность, и это весьма важно с позиций современной физики, не ставит вопрос о “снятии” классического способа описания как неадекватного, а наоборот, классическая физика сохраняет относительную самостоятельность при описании квантовых объектов. Мало того, совместное приложение двух способов описания -- классического и квантового -- может дать полное описание. Следовательно, концепция дополнительности отражает особый, негегелевский тип диалектики в развитии понятий.

Другой точки зрения придерживается В.Т.Мещеряков, утверждающий, что дополнительность есть особая форма соответствия. Сразу необходимо отметить, что этот исследователь отстаивает широкое понимание термина “соответствие”. По его мнению, соответствие предполагает два вида отношений: между первичным и вторичным как двумя различными стадиями в развитии данной системы и между двумя взаимодействующими сторонами одного целого. Эти два вида отношений соответствия позволяют различать характер и сущность указанных сторон, поскольку выражают единство состояний и свойств, но вместе с тем образуют единство, в котором внутренние отношения являются источником развития. Отсюда В.Т.Мещеряков выделяет два вида соответствия: функциональное (преемственное, последовательное) и дополнительное (параллельное). Функциональное соответствие отражает движение от старого к новому, от простого к сложному и неизбежно порождает дополнительное соответствие между тем, что сохранилось от старого, и новым, которое появилось на основе старого. Связь между этапами развития теории отвечает функциональному соответствию, так как важнейшей чертой этого вида соответствия является преемственность¹⁴.

Что касается дополнительности, то В.Т.Мещеряков предполагает, что она характеризует признаки сходства и различия, как и функциональное соответствие, но при этом отличается от последнего. Исследователь утверждает, что дополнительность как отношение представляет собой разновидность функционального соответствия и отличается от него прежде всего тем, что выражает связь не стадий, а сторон, составных частей, элементов системы как некоторой качественной определенности¹⁵.

Такие взгляды привели В.Т.Мещерякова к заключению, что в результате изучения проблемы квантово-волнового дуализма и анализа отношения между новой квантовой и старой классической теориями содержание физической теории обогатилось двумя видами соответствия -- функциональным и дополнительным. И если функциональное соответствие отражает объективную преемственность в развитии системы, то дополнительное соответствие само имеет объективный характер, и, следовательно, дополнительность представляет собой не только методологическое правило, сознательное приложение которого оказывается эффективным в теоретической деятельности: объективная дополнительность как фундаментальное свойство, присущее объекту познания, облегчает задачу дальнейшего изучения отношений противоположностей¹⁶.

Другие авторы, и в частности И.С.Алексеев, Л.Б.Баженов, У.А.Раджабов, не согласны с таким подходом, когда два принципа квантовой теории рассматриваются в определенной иерархической зависимости: соответствие как форма пояснения дополнительности или наоборот. Как считает И.С.Алексеев, едва ли целесообразно в логическом отношении отдавать преимущество той или иной идее. По его мнению, точнее будет трактовать эти принципы как два разных частных проявления общей идеи “рационального обобщения” классической физики. При таком толковании ни соответствие, ни дополнительность не являются логически первичным принципом по отношению к другому. Исторически первой появилась идея соответствия, ставшая концептуальной предпосылкой дополнительности, с помощью которой впервые было осуществлено рациональное обобщение классических представлений и признана необходимость неклассического использования классических понятий в квантовой области. Появление этой идеи фактически означало реализацию дополнительного способа мышления¹⁷.

У последователей Бора тоже нет единого взгляда на логическую связь между идеями соответствия и дополнительности. Одни авторы считают, что идея соответствия -- это специфическая характеристика квантового способа описания. Идея соответствия представляет собой эпистемологическое ядро копенгагенской интерпретации, поскольку дополнительность выражает специфические особенности квантового обобщения. Другие авторы, например Дж.Холтон, М.Джеммер, такой интерпретации не придерживаются.

Все эти рассуждения позволяют рассмотреть возможность определения дополнительности как универсального принципа. Интеллектуальные интересы Бора постоянно выходили за пределы физики, и поэтому вполне естественно, что он пытался применить концепцию дополнительности к другим областям человеческого знания.

Бор убежден, что квантовая теория дает “средство для освещения самых общих вопросов человеческого мышления”²¹. Он видит аналогию между связью атомных явлений с их наблюдениями и психологическими процессами, где трудно отделить объективное содержание от наблюдающего субъекта. “...С одной стороны, описание нашей мыслительной деятельности требует противопоставления объективно заданного содержания и мыслящего субъекта, а с другой, как уже ясно, -- ...нельзя строго разграничить объект и субъект, поскольку последнее понятие также принадлежит к содержанию. Из такого положения вещей следует не только относительность зависящего от произвола при выборе точки зрения значения каждого понятия или, вернее, каждого слова; мы должны вообще быть готовыми к тому, что всестороннее освещение одного и того же предмета может потребовать различных точек зрения, препятствующих однозначному описанию. Строго говоря, глубокий анализ любого понятия и его непосредственное применение взаимно исключают друг друга”²².

Бор переносит свою концепцию дополнительности и в область биологии. Он обосновывает мысль, что два подхода -- биологический и физико-химический -- дополнительны. Биологические и физические исследования несопоставимы, поскольку для тех и других существуют свои ограниченные области реальности. Ведь если мы представим полностью уничтоженный живой организм, то как мы узнаем, какова роль отдельных атомов в жизненных процессах? Во всяком опыте над живым организмом имеется некоторая неопределенность в физических условиях, и поэтому “возникает мысль, что минимальная свобода, которую мы вынуждены предоставлять организму, как раз достаточна, чтобы позволить ему, так сказать, скрыть от нас свои последние тайны. С этой точки зрения самое существование жизни должно в биологии рассматриваться как элементарный факт, подобно тому, как в атомной физике существование кванта действия следует принимать за основной факт, который нельзя вывести из обычной механической физики. Действительно, существенная несводимость факта устойчивости атомов к понятиям механики представляет собой близкую аналогию с невозможностью физического или химического объяснения своеобразных отправлений, характеризующих жизнь”²³.

Согласно Бору, фундаментальное различие между биологическими и физическими исследованиями делает невозможным установление твердых границ приложения физических идей к решению биологических проблем, границ, которым соответствовало бы в квантовой механике различие между причинным механистическим описанием и описанием собственно квантовых явлений. “...Сущность рассматриваемой аналогии,-- пишет Бор,-- это очевидное антагонистическое отношение между такими типичными сторонами жизни, как самосохранение и размножение индивидуумов, с одной стороны, и необходимое для всякого физического анализа подразделение объекта -- с другой”²⁴. Бор полагает, что биологические законы являются дополнительными к законам, которым подчиняется неживая природа. Значение идеи дополнительности в биологии ученый видит также в том, что “принцип дополнительности отвергает всякий компромисс с каким-либо антирационалистическим витализмом”, и в то же время он “с равным успехом может служить разоблачению определенных предрассудков так называемого механистического понимания”²⁵.

В лекции “Философия естествознания и культуры народов”, прочитанной в 1939 г. в замке Кронеборг, где развивалось действие шекспировского “Гамлета”, Бор попытался приложить свою идею дополнительности к социологии. Опять же идя по пути аналогий, он предположил, что “при изучении человеческих культур, отличных от нашей собственной, мы имеем дело с особой проблемой наблюдения, которая при ближайшем рассмотрении обнаруживает много признаков, общих с атомными или психологическими проблемами”²⁶. Далее Бор говорит, что “особенно при изучении культур первобытных народов этнологи не только отдают себе отчет о риске испортить такую культуру неизбежным контактом, но встречаются, кроме того, и с проблемой воздействия таких исследований на их собственную позицию как людей”²⁷. “Я имею здесь в виду,-- поясняет он, -- хорошо знакомое исследователям неизвестных стран потрясение их собственных, до тех пор не осознанных предрассудков, которое они испытывают, встретив неожиданную внутреннюю гармонию, которую человеческая жизнь может представить даже при условиях и традициях, радикально отличных от их собственных”²⁸.

По мнению Бора, различные человеческие культуры дополнительны друг к другу. При этом “каждая культура представляет собой гармоническое равновесие традиционных условностей, при помощи которых скрытые потенциальные возможности человеческой жизни могут раскрыться так, что обнаружат новые стороны ее безграничного богатства и многообразия”²⁹. Но поскольку нет абсолютно самобытных культур, Бор и предположил, что в области этнографии применима идея дополнительности, которая будет способствовать взаимопониманию, ибо “в этой области не может быть и речи о таких взаимно исключающих друг друга соотношениях, как те, которые имеются между дополнительными данными о поведении четко определенных атомных объектов”³⁰.

Полагая, что главным препятствием в установлении непредубежденных отношений между различными человеческими культурами являются глубокие различия между традициями, Бор считал, что эти различия исключают всякое простое сравнение культур. И именно здесь велика роль дополнительности как средства, позволяющего выйти из такого положения. Дополнительный способ мышления может открыть большие перспективы для гуманитарных исследований. Суть же последних состоит в том, чтобы “все больше и больше расширяя наши знания по истории развития культуры, способствовать тому постепенному устранению предубеждений, которое является общей целью всех наук”³¹.

Аналогичным образом Бор рассматривает и отношения между наукой и искусством, между наукой и религией. Кроме того, он предполагает, что положение отдельного индивида в обществе описывается типично дополнительными характеристиками, которые зависят от соотношения (весьма подвижного) между личностными ценностями и общественными нормами. Общую цель всех культур Бор видит в теснейшем сочетании “справедливости и милосердия, какого только можно достигнуть; тем не менее следует признать, что в каждом случае, где нужно строго применить закон, не остается места для проявления милосердия, и наоборот, доброжелательство и сострадание могут вступить в конфликт с самими принципами правосудия. Во многих религиях этот конфликт иллюстрируется мифами о битвах между богами, олицетворяющими такие идеалы, а в древневосточной философии это подчеркивается следующим мудрым советом: добиваясь гармонии человеческой жизни, никогда не забывай, что на сцене бытия мы сами являемся как актерами, так и зрителями”³².

Рассуждая на основе метода аналогии и выявляя общие черты микрообъектов, живых организмов, сознания, общества и человеческих культур, Бор превратил свой принцип дополнительности из физического в универсальный философский принцип с наиболее общим методологическим значением. “В общефилософском аспекте, -- писал он, -- знаменательно здесь то, что в отношении анализа и синтеза в других областях знания мы встречаемся с ситуациями, напоминающими ситуацию в квантовой физике. Так, цельность живых организмов и характеристики людей, обладающих сознанием, а также и человеческих культур представляют черты целостности, отображение которых требует типично дополнительного способа описания. Передача опытных фактов в этих обширных областях знания требует богатого словаря, а из-за того, что словам иногда придается различный смысл, и прежде всего из-за различия в принятых в философской литературе толкованиях понятия причинности, цель такого рода сопоставлений часто понималась превратно. Но постепенно развитие терминологии, пригодной для описания более простой ситуации в области физики, показывает, что мы имеем здесь дело не с более или менее туманными аналогиями, а с отчетливыми примерами логических связей, которые в разных контекстах встречаются в более широких областях знания”³³.

Концепция дополнительности Бора, -- по словам Л. де Бройля, одна из наиболее оригинальных идей -- вызвала много споров и дискуссий, которые не прекращаются и сейчас. По поводу дополнительности высказываются самые различные точки зрения и самые противоречивые оценки. Здесь налицо весь спектр мнений: от полного признания взглядов Бора до полного и категорического их отрицания. И это не случайно. Бор делил истины на две категории, о которых мы уже неоднократно говорили. Дополнительность относится, по его терминологии, к категории “глубоких истин”. Именно поэтому она и составила предмет горячих споров и долгих дискуссий, стала объектом обширнейших исследований. Как совершенно справедливо отметил С.В.Остапенко, квантовая механика поставила человека в ситуацию, когда вековая психологическая потребность в твердом и однозначном ответе на все вопросы явно вступила в противоречие с реальностью, о чем свидетельствует современный этап развития научного познания³⁴.

Необходимо отметить, что и в рамках копенгагенской интерпретации квантовой механики по поводу идеи дополнительности существовали серьезные разночтения. Даже сторонники Бора не имели единого мнения относительно дополнительности. Образно говоря, копенгагенская интерпретация -- это не единая позиция, а единый фронт взаимно дополнительных позиций. По мысли К.Вейцзеккера, эта интерпретация хотя и корректна и неизбежна, но никогда не была полностью ясна и сама нуждалась в интерпретации. Да и философская интерпретация дополнительности представляет собой проблему. И если Вейцзеккер пытался понять сущность дополнительности в свете философии Канта, то другие авторы трактовали ее с позиций прагматизма. Если П.Иордан смотрел на дополнительность через призму позитивизма, то Л.Розенфельд -- ближайший сотрудник Бора -- обращался к диалектическому материализму, а сам Бор вообще воздерживался от развернутой и однозначной философской оценки.

Разногласия относительно дополнительности в копенгагенской школе квантовой механики послужили одной из причин того, что идея дополнительности не получила полного признания. И в то же время М.Джеммер утверждал, что после 1927 г. в течение двух с половиной десятилетий эта идея стала единственной общепризнанной концепцией и осталась таковой до сих пор для большинства физиков³⁵. Другой причиной отсутствия полного доверия к взглядам Бора было то, что идея дополнительности не может быть выведена непосредственно из квантовой механики. И это самый серьезный упрек в адрес данной идеи: действительно, из математического формализма квантовой механики она не выводится. Однако это не недостаток идеи дополнительности, а скорее ее достоинство. Именно поэтому дополнительность предстает перед нами как высшая форма качественного объяснения, и нет никакой необходимости искать указаний на то, какой математический формализм за нее ответствен. От качества нельзя требовать выводимости его из количества. Так, например, на основе понятия “вода” нельзя делать заключения, из какого количества воды складывается капля или море. Наконец, существенно и то, что, как отмечал П.Фейерабенд, идея дополнительности не представляет собой “последнее слово”. Естественно, в сегодняшнем своем виде она вообще не может быть “последним словом”, так как ничто не может претендовать на статус “абсолютной истины”. Однако согласно принципу соответствия, как бы ни изменялась в будущем идея дополнительности, взгляды Бора останутся в золотой сокровищнице человеческого познания.

Современные альтернативы концепции дополнительности, как считает В.П.Хютт, могут быть разделены на три группы: 1) математико-физические альтернативы, основанные на надежде так изменить уравнение Шредингера, чтобы стало возможным вывести “скрытые параметры” и тем самым узаконить классическую онтологию; 2) математико-логические альтернативы, в рамках которых формализм квантовой теории сохраняется, но пересматривается логика перехода от экспериментальных данных к физическому их толкованию таким образом, что будут опровергнуты фундаментальные методологические принципы дуализма, неопределенности и дополнительности; 3) критика методологических и философских оснований данной концепции, поскольку полный отказ от идеи дополнительности без критики и объяснения ее сущности не есть положительная разработка проблемы, тем более что в квантовой механике она является принципиально необходимой для интерпретации последней. Общим для всех этих альтернатив является стремление преодолеть идею дополнительности, утвердить онтологию классической физики, закрепить представления классической физики о микрообъектах как классических частицах, движущихся по строго определенным траекториям и подчиняющихся строгому лапласовскому детерминизму.

Что касается альтернатив первого типа, то вопреки стараниям приверженцев теории “скрытых параметров” она до сих пор не достигла каких-либо успехов. И, на наш взгляд, прежде всего потому, что подобные попытки, как и сама гипотеза “скрытых параметров”, по крайней мере в нынешних ее вариантах, не отвечают принципу простоты.

Характерным примером второго типа альтернатив являются идеи К.Поппера. Как было показано Фейерабендом, взгляды Поппера представляют собой некую смесь мыслей Бора, идей вероятностной логики, а также идеи “скрытых параметров”, поскольку Поппер приписывает частицам точные координаты в данный, точно определяемый (фиксируемый) момент времени. По мнению В.П.Хютта, концепция Поппера близка к теории квантовых ансамблей Д.И.Блохинцева, которую в свое время критиковал В.А.Фок.

К третьему типу альтернатив концепции дополнительности относят, например, критику, которую развивают М.Бунге и И.Лакатоши. Согласно Бунге, концепция дополнительности не является частью или разделом квантовой теории. Идея дополнительности, считает он, хотя и выглядит разумной в квантовой теории, когда люди мыслят с помощью классических образов, в наше время исчерпала свои потенции. Сегодня эта идея стала оправданием неясности и противоречий³⁶. Но это еще не все: Бунге отрицает также всеобщий характер связи между массой и энергией, соотношение неопределенностей энергии-времени, существование виртуальных квантов. Но такая “философия физики”, которая позволяет отрицать основные законы природы, едва ли объективна, как на то претендует ее автор.

В историческом плане в обсуждении методологических и философских проблем квантовой теории, согласно А.Поликарову, отчетливо выделяются три основных этапа. Первый этап определяется становлением квантовой механики, которая предстает как контраверсия многим физическим и философским идеям. На этом этапе происходит интереснейшая и плодотворная дискуссия между Бором и Эйнштейном, выступавшим против дополнительности. Начало 50-х годов стало началом второго этапа, связанного с дискуссиями по фундаментальным проблемам квантовой теории. Линия Эйнштейна была продолжена в работах Д.Бома и Л. де Бройля, которые попытались реализовать идею “скрытых параметров” и вернуться назад, к классическим представлениям. Современный этап, начавшийся в середине 60-х годов, характеризуется тем, что вновь значительно повысился интерес к философским проблемам квантовой теории, и более всего -- к проблемам причинности в частности и детерминизма в целом³⁷.

Остановимся кратко на основных контраверсиях. Эйнштейн полагал, что хотя квантовая теория удовлетворительно объединяет описание корпускулярных и квантовых свойств материи, но принципиально неудовлетворительно в ней отношение к тому, что, с его точки зрения, является “высшей целью всей физики: полному описанию реального состояния произвольной системы (существующего, по предположению, независимо от акта наблюдения или существования наблюдателя)”³⁸. Такой классический идеал физической картины мира был единственно приемлемым для Эйнштейна, и поэтому объективно реальным ученый считал то, что относится к объектам. Иными словами, объективная реальность -- это объектная реальность. А так как реальность не зависит от какого-то измерения или наблюдения, то все измерительные процедуры и условия наблюдения с этих позиций необходимо рассматривать как субъективные, поскольку они относятся к познанию объективной, т.е. объектной, реальности, но не к ней самой. Поэтому Эйнштейн считал, что нельзя согласиться с истинностью теоретического описания, если оно зависит от наблюдения, как того требует концепция дополнительности.

В качестве контраверсии такому классическому пониманию физической реальности, в соответствии с которым объективное значит объектное, Бор выдвигает свое “рациональное обобщение”, расширяющее понятие объективного. Согласно Бору, объективны не только объектное и не только характеристики исследуемого объекта -- объективны также приемы исследования и характеристики приборов и измерительных процедур. Понятие объективного у Бора выходит за традиционные, классические рамки и включает представление о том, что относится к приборам и измерительным процедурам, т.е. о том, что с классических позиций считалось субъективным. Если в классической физике граница между субъективным и объективным была абсолютной, то в физике микромира она становится относительной. Диалектический путь познания как восхождение от абстрактного к конкретному в данном случае реализуется как отрицание абсолютной границы между субъективным и объективным и требует понимания ее относительности.

Само объективное существование кванта действия является причиной того, что “поведение атомных объектов невозможно резко отграничить от их взаимодействия с измерительными приборами, фиксирующими условия, при которых происходят явления”³⁹. Эта невозможность установления твердых границ между объектом и прибором лишает смысла классическое представление об абсолютно фиксированном различии между прибором и объектом. Противопоставление объекта и прибора оказалось не абсолютным, а сами они -- не независимыми друг от друга, причем их взаимозависимость, как выяснилось, определяется экспериментальными условиями. Но поскольку в соответствии с классической позицией то, что относится к прибору, субъективно, постольку допущение относительности границы между прибором и объектом приводит, если следовать за Эйнштейном, к отказу от изучения природы как объективной реальности. Именно такие различные трактовки объективного и субъективного в физическом познании стали основой полемики между Бором и Эйнштейном.

В свете сказанного изложенная выше позиция М.Бунге, суть которой заключается в отрицании дополнительности, обусловлена, видимо, тем, что этот исследователь стоит на классических позициях в интерпретации объективности физического познания. Поскольку для Бунге объективное означает относящееся и принадлежащее к объекту, постольку квантовая механика, по его мнению, имеет дело не с наблюдаемыми реальными объектами, а с экспериментальными приборами. И поэтому ученый считает, что дополнительность ведет к отказу от объективности.

Попытки Бора применить идею дополнительности вне рамок физики, в других областях знания, были встречены по-разному. Большинство его сотрудников признавали универсальный характер дополнительности. Согласно Л.Розенфельду, принцип дополнительности необходим, так как обеспечивает возможность широкого описания фундаментальных закономерностей природы, которые не могут быть охвачены единственной картиной. Но, подчеркивал Розенфельд, все попытки построить систему философии по Бору противоречат его собственным установкам, потому что философия Бора ориентирована на сведение всех законов природы к небольшому числу принципов. Характерно, что Бор даже избегал слова “принцип”.

В.Гейзенберг также отстаивал мысль, что дополнительность имеет универсальный характер. И в контексте развития физики, полагал он, эта идея пробуждает надежды на то, что “в окончательном состоянии различные культурные традиции, новые и старые, будут сосуществовать, что весьма разнородные человеческие устремления могут быть соединены для того, чтобы образовать новое равновесие между мыслями и действием, между созерцательностью и активностью”⁴¹. М.Борн считал, что идея дополнительности имеет всеобщее значение, потому что существует много областей человеческой деятельности, где один и тот же факт можно рассматривать в различных, но взаимодополняющих аспектах⁴². Он был согласен с Бором в том, что представление о дополнительности можно применить в других областях знания, в частности в биологии, психологии, философии, политике, и заявлял, что не следует отказываться от такого обогащения нашего мышления⁴³. В.Паули также полагал, что представление о дополнительности выходит за рамки физики. Его философское значение состоит в том, что оно, выступая против односторонности, “могло бы стать первым шагом на пути прогресса к единой общей картине мира, в которой естественные науки составляют лишь часть”⁴⁴.

Фундаментальный факт квантовой физики -- корпускулярно-волновой дуализм -- показывает, что к микрообъекту невозможно применять классические способы описания. Но вместе с тем стало ясно, что объективное описание микромира невозможно и на пути полного отказа от классических способов описания, так как описание микромира требует наложения некоторых ограничений. Таким ограничением является принцип неопределенностей Гейзенберга, не допускающий при описании микроявлений одновременной абсолютно точной локализации в координатном и импульсном пространстве, как и одновременного абсолютно точного фиксирования энергии и времени.