Реферат: Детерминизм и индетерминизм в физике

2.3 Изменение и нарушение данной детерминистической концепции

Рассмотрим более подробно вопрос: до каких порпереформулированные концепции можно считать видоизменениями в рамках концепции, и когда они выходят за рамки этой концепции и переходят к противоположной или индетерминистической концепции? В решении этого вопроса существуют две крайние возможности, или два толкования - фальсификационистское и адаптивное, известные соответственно как попперовское и дюгемовское. В первом толковании концепция фиксирована строго, и любое отклонение от первоначальной схемы означает отказ от D т. е. переход к индетерминистическому взгляду -[см.: 8, с. 121-126].

Концепция Дюгема (второе толкование), наоборот, предполагает возможность подходящего изменения или обобщения понятия детерминизма так, чтобы оно включало и всевозможные новые случаи. Тогда любое отклонение от видового понятия детерминизма остается в рамках (подвергающихся неограниченному смещению) родового понятия. В противовес первому толкованию, где любое отклонение есть опровержение, здесь опровержения нет вообще.

Обычно отмечают асимметричность подтверждения и опровержения определенной теории некоторым фактом: подтверждение не доказывает истинности теории, а несогласие с фактом опровергает ее. Дюгем возражает, что факт опровергает не теорию в целом, а отдельную ее гипотезу. В соответствии с этим путем видоизменения теории ее можно привести в согласие с, противоречащим ей фактом - [см.: 8, с. 30-43]. В духе этой концепции Куайн придерживается того мнения, что подобное усовершенствование совокупности гипотез, содержащихся в теории, всегда возможно. Этот тезис Дюгема - Куайна имеет характер программы и притом довольно радикальной, которую, однако, нельзя доказать. Более того, можно привести ряд более или менее убедительных контрпримеров, выявляющих ограниченные возможности подобной программы. Значительный интерес в этом отношении представляют указанные Грюнбаумом случаи, при которых имеет место опровержение определенной гипотезы - [см.: 6. с. 85-86].

Первая концепция исключает существенные, или революционные, изменения в науке, стремясь подвести их под общие концепции, подлежащие неограниченным изменениям. Вторая концепция обладает только видимостью революционности, поскольку даже самые незначительные изменения истолковываются как революционные. В обоих толкованиях всевозможные изменения приведены к одинаковому знаменателю: или все они существенны, или все в одинаковой мере несущественны. В таком случае в науке нет революционных изменений по существу, так как, по Попперу, таким характером обладает любое изменение, а по Дюгему - Куайну, - ни одно из них. Это и есть ахиллесова пята обеих крайних концепций. Концепция Дюгема (1906 г.) сформировалась до того, как (ему) стали известны революционные изменения в современной физике (теория относительности, квантовая теория), показывающие невозможность приспособления старых теорий к новым областям, в том числе и невозможность самой схемы Дюгема иметь более чем ограниченную значимость. В схеме Поппера, наоборот, абсолютизируются революционные изменения, осуществленные этими теориями, но совершенно неправомерно к ним приравнивается отвержение любой гипотезы в результате несоответствия ее с каким-нибудь фактом. Поскольку любая идея или концепция имеет свои предшествующие формы, опровержение одной концепции в действительности означает своеобразное продолжение (в духе дюгемовского подхода) противоположной концепции. С этой точки зренияподход Дюгема следует считать более общим. При этом для самою индетерминизма имеет место сказанное выше о детерминизме, а именно, что это опять-таки не есть строго фиксированная концепция, а различные версии, подлежащие, кроме того, изменениям. Приведем некоторые понятия:

Iа - крайний индетерминизм, поддерживающий концепцию недетерминированности (в каком-нибудь смысле) любых явлений;

IЬ - отсутствие сходимости в описании (антитеза );

Ic - индетерминизм, связанный с неустойчивостью некоторых форм движения (в различных вариантах);

Id- статистическая или вероятностная зависимость (то же самое, что и

Ie - частичный индетерминизм, согласно которому не все события «детерминированы во всех подробностях, т. е. существуют события (как бы редки они ни были), которые полностью не детерминированы» - [см.: 8, 120-121];

If- не признающий действия на расстоянии;

Ig- не признающий непосредственную причинную связь между

Ih- плюралистический индетерминизм, частично признающий независимость различных причинных цепей.

Ряд авторов (Эйнштейн, Рассел, Шлик) обращали внимание на невозможность крайнего индетерминизма. Такая концепция противоречит фактам и внутренне противоречива; Ie лишена эмпирической основы, а If оказывается явной натяжкой; Ic можно аппроксимировать, т. е. она соответствует , .Вразрез с оспариванием детерминистического (или каузального) характера статистической закономерности Полак считает, что она по своему характеру наиболее близка к динамической, поскольку в ее основе находится наложение реальных движений огромного количества дискретных частиц, входящих в статистический ансамбль. Возможность рассмотрения такого ансамбля основана на экспериментально подтвержденном представлении о механическом, однородном и независимом (на длине свободного пробега) движении каждой из частиц, входящих в ансамбль. Поведение физических классических ансамблей описывается в статистической механике гамильтоновыми уравнениями с помощью тех же(по форме и существу) функций, которые применяются в классической механике - [см.: 10. с. 364-365]. В целом можно установить тенденцию к отказу от крайних и переходу к частичным (умеренным) формам индетерминизма.

В то же время становится ясным, что не всякая версия индетерминизма выступает антитезой любой разновидности детерминизма, а в общем случае между обоими множествами понятий наблюдается частичное перекрытие, или взаимное проникновение. Следовательно, в данном случае речь идет не о простой дилемме, а о более сложных отношениях, делающих иногда дилемму вопросом дефиниции (даже чисто вербальной). В связи с этим стоит отметить утверждение о том, что «большая часть индетерминизмов предпосылает значительную детерминацию; иные версии детерминизма допускают значительную «индетерминированность». К аналогичному выводу приходит и А. Ивин - [см.: 11, с. 88 | 89]. Он различает пять логически возможных концепций детерминизма и столько же индетерминизма, причем две из них совпадают. Другие авторы идут дальше, поддерживая принципиальное равноправие между детерминизмом и индетерминизмом вообще. Такой взгляд можно встретить уже у Маха, который считал, что правильность позиций детерминизма или индетерминизма нельзя доказать. Однако он учитывал то обстоятельство, что в исследовательской работе каждый ученый - детерминист. П. Феврие утверждает, что каждую существенно индетерминистскую теорию можно сопоставить с детерминистской теорией, имеющей не подлежащие измерению параметры, и наоборот. Эти два вида теорий имеют одно и то же физическое содержание, но понятие физической системы не обладает одинаковым значением.

Если предпочесть позитивистский подход к разработке физических теорий, то в теорию нельзя допустить физические сущности, не подлежащие измерению, и платой за это будет индетерминизм. Если же мы не принимаем индетерминизм, то должны допустить, что некоторые физические сущности не подлежат измерению. Иначе говоря, для этих двух различных версий физических теорий существенно эмпирическое (операциональное) или теоретическое (конструктивное) определение функции состояния.

Поскольку в своей основе научная теория содержит конструктивные понятия, то следует отбросить позитивистское ограничение, а также равноправие этих двух версий. В этом смысле случай детерминистического построения является более общим.

.4 Проблема детерминизма в квантовой механике

Формирование квантовой механики (в качестве нового типа физической теории), в особенности толкование ее в духе концепции дополнительности, привело к конфликту с принципом причинности, точнее, с его конкретизацией в физике (физическая концепция причинности), или, по крайней мере, дало повод рассмотреть более углубленно соотношения между ними. При каждом измерении в квантовомеханической области получаются разные значения измеряемой величины. Последовательность этих значений случайна, в то же время они образуют набор возможных, значений, который может быть определен теоретически. Полученные значения приводят к новым значениям волновой функции. Последние образуют ряд, отдельные значения которого не определены предварительно, а случайны и, следовательно, не могут быть предсказаны. В то же время использование классических понятий импульса, энергии, координат пространства, времени и т. д. (с учетом вытекающего из соотношения неопределенности ограничения) не только возможно, но и необходимо, поскольку измерению доступны именно эти (классические) величины. Сложившаяся ситуация дала возможность осмыслить и реализовать различные способы преодоления воздающего конфликта, начиная с отрицания квантовой механики, принципа причинности (вообще или же ограничивая его значимость в микрофизике), самого конфликта кончая реинтерпретацией квантовой механики, концепции дополнительности или принципа причинности и соотношения между ними.

Когда признают индетерминированность квантовых процессов, имеют в виду следующее:

а)      невозможность вычисления или предсказания будущего поведения (состояния) единичного объекта по подобию объектов (материальных точек и т. д.) классической динамики;

б)      отсутствие причин, обусловливающих различные данные о канонических переменных при последовательных измерениях в системе (условия в этом случае полагаются одинаковыми).

Эти два пункта не всегда четко разграничиваются, так как чаще всего не отличают детерминизм как обусловленность вообще от детерминизма как причинной обусловленности или индетерминизм как неопределенность от индетерминизма как отсутствия причинности. Понимая детерминизм как совпадающий частично с причинностью или являющийся ее определенным аспектом (а если угодно, и наоборот), намеченные два пункта заслуживают отдельного рассмотрения.

3. Разновидности физического детерминизма. Детерминистский характер физических теорий

При рассмотрении проблемы детерминизма мы считаем существенными прежде всего следующие вопросы: описание движения, в частности уравнении движения в различных областях физики, их характера и в особенности устойчивости их решения; информация (сведения, данные) о состоянии физической системы, в частности о начальном состоянии.

.1 Описание движения

Движение (изменение, взаимодействие) физических объектов можно описать различными способами:

а)      уравнением движения;

б)      статистически или стохастически (вероятностно);

в)      S-матрицей.

Общий вид уравнений движения (в различных областях: динамике, физике поля, квантовой физике)

(1)

гдеЕ - функция состояния. Она находится в зависимости от начального состояния Е0 т. е. отЕ в момент t0 (t= 0) и от времени t.

Вместо уравнения движения можно исходить из принципа стационарного действия или из другого вариационного принципа, из которого можно получить уравнения движения. Заслуживают внимания два случая, а именно: когда функция состоянияЕ измерима непосредственно и обладает непосредственным физическим смыслом или же когда она является конструктивным понятием, т. е. не имеет эмпирического значения. Процессы бывают статистическими, нестатистическими, или же они могут происходить на статистической основе и соответственно быть описаны вероятностно - в общем случае уравнением движения статистического фазового ансамбля

(2)

где  - фазовая плотность вероятности, Н - функция Гамильтона, а [Н] - скобки Пуассона - [см.: 12, с. 41-43, 117-118]. Здесь существенно, что статистическое распределение подчиняется определенной закономерности, т. е. имеем дело с устойчивостью частоты. Налицо, кроме того, определенная зависимость между последовательными состояниями, т. е. состояния определяются с некоторой вероятностью, не зависящей от протекания процесса в предшествующем периоде (процессы Маркова).

Движение или результат движения можно описать иным способом, например, с помощью матрицы рассеяния (S-матрицей). Такой подход представляет особый интерес, поскольку обладает общей значимостью; кроме квантовой теории он в последнее время находит применение и в других областях.

.2 Информация о состоянии

Целесообразно отличать логическую структуру уравнений движения соответствующей физической теории от согласованности этих уравнений или абстрактной теории с эмпирическими данными. В общем случае состояние, по Планку, характеризуется определенным классом мгновенных значений измеримых величин, отвечающих следующим требованиям: 1) если известно значение этих величин в определенное время, то на основании теории можно определить их значение в любое другое время; 2) указанный класс является наименьшим удовлетворяющим требованию.

Информация о состоянии задается одним из следующих способов посредством эмпирически измеримых величин:

а) с помощью канонических переменных, т. е. не зависящих друг от друга переменных. Это обобщенные координаты (q) и обобщенные импульсы (р) или другие переменные. Количество этих переменных равняется 2s, где s - число степеней свободы системы;

b)      одной из групп канонических переменных, соответственно обеими в рамках соотношения неопределенности Гейзенберга. Совокупность результатов измерения этих переменных выступает устойчивым статистическим распределением. Однозначная зависимость между последовательными соотношениями предполагает, в частности, устойчивость движения по отношению к определенному Критерию, т. е. корректность задачи;

c)       если условие не выполнено, то мы имеем дело с так называемыми возмущениями в начальных условиях.

Отметим, что различные описания движения и соответствующие данные о состоянии в известной степени специфичны для различных физических объектов (систем). Разумеется, приведенное расчленение способов описания движения и задания информации начального состояния не является единственным, но оно оправданно (отвечает специфике подхода к различнымфизическим теориям) и даетвозможность классифицировать формы детерминации в физике.

.3 Набор концепций физического детерминизма

Сочетанием различных возможностей описания движения; и состояния можно получить возможные концепции детерминизма (табл. 1).

Таблица 1 - возможные концепции детерминизма.

D1- детерминизм в классической динамике (или электродинамике), характеризующейся уравнением (1); D2 - детерминизм в статистической физике, согласно уравнению (2); D3- детерминизм в квантовой механике, согласно временному уравнению Шредингера; D4 так называемая микропричинность, или микродетерминированность, в квантовой теории поля. Посредством dобозначена статистическая детерминированность (устойчивость) результатов измерения канонических переменных в квантовомеханической области), I1 означает неустойчивость движения и обычно рассматривается как индетерминизм. Однако такие случаи с некоторыми ограничениями также подлежат приблизительным решениям и в такой же степени (для определенного интервала времени и данной точности) могут быть отнесены к детерминизму (D5). И, наконец, I2 описывает так называемую макроскопическую причинность, или макродетерминацию, в квантовой теории поля (Dб), при которой акаузальные функции при определенном условии аппроксимируют причинную функцию.