4
ФИЛОСОФСКИЕ ИДЕИ В. И. ЛЕНИНА
И. К. КИКОИН
Физика занимает исключительное положение среди многочисленных наук о природа. Эта исключительная физика связана с тем, что она изучает простейшие и вместе с тем наиболее общие свойства материалов. Поэтому неизбежно происходит физика в любой раздел естественного науки. Сейчас получили права гражданства такие научные дисциплины, как биофизика, геофизика, астрофизика, химическая физика и другие «физики».
Общеизвестно, что физика является материалом технически. Так было всегда, но особенно очевидным это стало в последнее годы в связи с рожденияем ядерной техники, электронной техники, лазерной техники и т. д.
Такая широта и общность содержания физики с неизбежностью должны привести ее к физофии, которая изучает наиболее общие вопросы теории позания. Об этом свидетельствует все история развития физики.
Всегда, когда в физку вводились новые понятия и представления до этого непrivibличные, физика теореплеталась с физофейем.
Связь физики и физофии особенно отчетливо обозначалась в XX веке, когда закладывались основы современной физики: учение о строении вещества, теория относительнойности и квантовая механика.
Тесная связь между физикой и теорийной позания — это историческая необходимость. Не удивительно поэтому, что физики, пытаясь осмыслить состояние своей науки, очень часто обращались к физофии. Многие крупнейшие физики выпускали специальные физофские сочинения.
Владимир Ильич Ленин был не только великим политический и государственный деятелем, но и великим ученым, основоположником научного коммунизма. Особая роль физики в развития как технически, так и физофии является причины приставного внимания Ленина к вопросам новой физики (может быть, на интерес Ленина к физике в какой-то мере повлияло и то, что его отец Илья Николаевич Ульянов был учитель физики).
Ленинский метод научной работы особенно близок сердцем физков. В своей теоретической научной работе Ленин всегда опирался на опыт, на практику как на критерий истинны. Ленин следующего словами Энгельса появляется идею «критерия практики»: «В тот момент, когда сообщенное воспринимаемым нами свойством какой-либо вещи, мы употребляем ее для себя,— мы в этот самый момент подвергаем безошибочному испытинию искусств или ложность наших чувственных восприятий… (курсив мой.— И. К.) …ус-
5
пех наших действий дает доказательство соответствия (Ubereinstimmung) наших воспряний с предметной (gegenständlich) природой восприимаемых вещея*).
Тут возникает следующий вопрос. История науки знает немало примеров, свидетельствующих о том, что явно неправильные с современной точки зрения представления ученых природили тем не менее к «испеxy наших действий».
Для примера возьмем старую теорию магнетизма, по которой намагниченный кусок стали рассматривался как магнитный диполь, состоящий из двух магнитных полюсов или «магнитных зарядов» (по аналогии с электрическим диполем). Пользовать этим представлением, физики создают магнитостатку, на котором базируется вся практика и техника использования магнитов. Эта практика быстрошее подтверждение теорию «магнитных зарядов». Между тем теперь хорошо известно, что никаких магнитных зарядов в действительности не существует. И когда сейчас говорят о магнитных полюсах, то обязательно оговоряют, что это фиктивное понятие.
Выходит, как будто, что критерий практики не может служить надежной основой для выяснения истинности наших представлений о том или ином предмете? Это, разумеется, не раздный вопрос.
Один из крупнейших физиков-современности Ричард Фейнман, пытаясь выяснить, что же такое философское толкование физического закона, иллюстрирует значение этого вопроса следующим примером.
«Пусть те, кто настоящает на том, что единственное важным является лишь соглашение теории и эксперимента, представляет себе разговор между астрономом из элемента майя и его студентом. Майя умела с поразительной точностью представлять, например, время затмения, положение на небе Луны, Венеры и других планет. Все это делалось при помощи арифметики… У них не было ни малейшего представления овращении небесных тел.
Представьте себе, что к нашему астроному приходит молодой человека и говорит: «Вот, что мне пришло в голову. может быть, все это верится, может, это шары из камня… и их движение можно расчитыватьсовсем иначе». Далее, узнав, что молодой человека еще не дошел до расчетов движения планет, астроном майя ответит ему, что мы можем и так достагоно точно вычислить затмения, так что не стоит возиться с твоими идеями.
Как видим, — заканчивает Фейнман, — нелегкая задача решить, стоит или не стоит задумывать над тем, что кроется за нашими теориями».
Это и в самом деле нелегкая задача. Ведь если приять безоговорочно утверждение, что критерий истинны является практика, то такое утверждение, как видно из приведенных примеров, может привести к застою в науке.
Эту нелегкую задачу с блеском решил В. И. Ленин.
Утверждая, что «точка зрения жизни, практики должны быть первой и основной точкой зрения теории познания», Ленин добавляет следующим многозначительным абзац.
«…конечно, при этом не надо забывать, что критерий практики никакогда не может по самому пути делать подвергнуть или опровергуть положению майя и его студентом. Майя умела с поразительной точностью представлять, например, время затмения, положение на небе Луны, Венеры и других планет. Все это делалось при помощи арифметики… У них не было ни малейшего представления овращении небесных тел.
*) Агностицизм называется философское течение, утвержданное неустранимую ограниченной человекской познания.
8
ханки можно назвать исключительноми. Она позволяет раскрыть тайну строения.atoma. Пользовая квантовой механикой, можно с любой степенью точности расчитать atom, то есть вычислить детальную электронную структуру.atoma. Эти вычисления нахождения в потрясающем по точности согласи с экспериментом.
Все современная квантовая электроника с ее разнообразными техническими применениями (лазерами, мазерами и т.п.) — это продукт квантовой механики. Квантовая механика еще не стала объектом изучения в школе, но ее приложения изучаются уже в техническихузах. И при всем том крупнейший авторитет в этой области физики утверждает, что ее никто не понимает!
Попытемся разобраться, в чем причины непонимания квантовой механики.
Дело в том, что уже при самом ее заорожении квантовая механика содержала противорения. Обратимся, например, к простейшему проявлению квантовой природы света — к фотозлектрическому эффекту.
Теория фотоэфекта, развита Эйнштейном, состоит в том, что поток света частичной v расматривается как поток «частиц», —фотонов, энергия которых E=hv(h—постоянная Планка). Когда фотоны достигают поверхности металла, неоторая часть их поглощается электронами. Вследствие этого кинетическая энергия электрона, поглощшего фoton, увечивается на величины hv. Обладая такой энергий, электрон может покинуть металл и вылететь наружу. При этом он теряет часть прибреженной энергии, затратив ее на «работ выхода» A. Поэтому максимальная кинетическая энергия, с которой электрон вылетит из металла, равна
Это заменит формула Эйнштейна для фотоэфекта, которая подтверждается многочисленными экспериментами и лежит в основе бесплатных применений этого эффекта.
Так вот, если вдуматься в смысле формулы Эйнштейна (она была получена им тоже в 1905 году), то сразу становится ясным ее противоречность.
Входящая в эту формулу величина E=hv — это энергия «световой частицы» (фотона), а величина v — частота света, состоящего из частиц. Но частота — это величина, характеризующая волну. Понятие частоты света появилось после того, как в XIX столетии было установлено, что свет представляет собой процесс распространения колебаний. Такой процесс и называется волной. Но волна, по самому смыслу этого понятия, занимает большую область пространства, а если говорить строго, то даже все пространство. Частца же — это нечто такое, что локализовано в пространстве, то есть занимает малый объем. Поэтому основное выражение E=hv, связывающее энергию фoton (то есть частицы) с частотой световой волны, представляет с точки зрения «здраваго смысла» абсурдным.
Фотоэлектрические явления неопровержимо доказали, что свет представляет собой поток частицы.
С другой стороны, существуют столже неопровержемые экспериментальные доказательства того, что свет представляет собой волновой процесс. Действительно, самое характерное свойство волны заключится в следующем: если наложить две волны друг на друга так, чтобы гребень одной совпал со вращенной другой (рис. 1, a), то волнение вовсе прекратиется (рис. 1, 6). И, наоборот, когда гребни одной совпал с гребнями другой, волнение успливается. Это хорошо известное явление называется интерференцией волн. Можно утверждать, что если в опыте наблюдается явление интерференции, то мы имеем дело с волной.
Волновая теория света утверждается в начале того, как было показано, что некоторые точки экрана, освещаемого одновременно двумя
10
одинаковыми источниками света, оказываются темными (рис. 2), тогда как при действии каждой парадоксаный факт, что как волновая, так и квантовая теория света верны, а формула устанавливает связь между этим противоречивыми теориями.
Этот вызов «здравому смыслу» достигает своей кулминации в 1924 году, когда двойственное понятие «волна» частица» путем теоретических рассужdenей было распростраено на электроны и atoms. Другими словами, atom и электрон, которые с момента их открытия обладают всеми свойствами частиц, должны быть вести себя и как волны. И очень скоро эксперименты подтвердили эти выводы.
Физики должны были более глубоко осмыслить возникшую ситуацию, что и приведено к созданию современной квантовой механики (или, как она ранее назвалась, волновой механики).
Основы квантовой механики были заложены в 1925—1927 годах. Существенный вклад в ее развитие внес немецкий физик Вернер Гейзенберг свой формулировкой так называемого соответствия неопределенности, во
круг которого разгорелесь общирная философская дискуссия. Многих известных физков это соответствие привело в лагерь философских идеалистов.
На первый взгляд соответствие следующего совершенно безобидный вид:
Здесь — неопределенность (неточность) координаты частицы, — неопределенность импульса (или скорости) частицы и — постоянная Планка. В переводе на обычный язык это означает, что нельзя в одной и то же время точно узнать место и скорость движения частицы. Другими словами, если мы попытаемся зафиксировать частицу в каком-то определенном месте, то наша попытка приведет к тому, что мы не смогем определить, куда и с какой скоростью она затем полетит. Наоборот, если мы заставим частицу двигаться очень медленно с определенной скоростью, то мы не сумем указыть, где она находится, то есть частица будет представлять расплывающий. Отсюда уже легко сделать «простейшее» заключение явно идеалистического характера о том, что знания человека прициппально ограничены, раз нам не дано ответить на такой простой вопрос. Более того, отсюда же можно сделать заключение, столбже идеалистическое по своему смыслу, что события в мире нередсказуемы, то есть нарушается принципности.
Действительно, мы привыкли к тому, что классическая механика позволяет нам предвидеть будущее движения тела, если известны его начальное положение и скорость, а также действующие на него силы. На этом основана вся механика. Так, например, успехи космонавтики основаны на том, что, зна место старта ракеты (начальные координаты) и задав извлечную начальную скорость, мы можем по законам классической механики заранее предвидеть, где бу-
11
дет находиться пакета в любой момент времени.
Иное дело с частицей, подчиняющейся квантовой механике. Раз мы, в соответствии с соотношением неопределенности, не можем точно указать ее координаты и скорость, то, очевидно, мы не можем предсказать, какими они станут в будущеем. Нетрудно договораться, что все это является следствием того, что частицы (электроны, атомы, нейтроны и т. д.) обладают волновыми свойствами.
В самом деле, рассмотрим следующий грубо схематизированный опыт, который тем не менее очень недалекотдействительно осуществляемых опытов. Представим себе (рис. 3), что через два ответствия в экране пролетают электроны, испускаемые каким-то источником, например, накаленной проводкой. Из каждого ответствия электроны могут лететь во всех направлениях. Позади экрана мы можем передвигать счетчик электронов параллельно экрану с ответствиями. Счетчик электронов позволяет регистрации какдый попавший в него электрон. Значит, число электронов можно непосредственно сосчитать.
Естественно полагать, что каждый электрон, попадающий в счетчик, прошел через одно из двух ответствий. Поэтому, если мы сосчитаем число электронов, попавших в счетчик через ответный при закрытом втором, затем проделаем тоже самое с электронами, попавшими в счетчик через ответные при закрытом первом, то мы впраve окидать, что число электронов, попавших в счетчик через оба ответствия, будет равно сумме показанной счетчика. Это требует здравый смысл. Мы уверены, что так было бы, если бы мы стрелли из пулемета через броневой шит с двумя ответствями, за которым в каком-нибудь месте помещен ящик с песком, где застревают протеевшие пуля. Можно не сомневать в том, что число пуль, попадающих в ящик с песком при открытых обихах ответствях в шите, равно сумме чисел пуль, попадающих в тот же ящик через каждое из ответствий в отдельности (конечно, за один и тот же промежуток времени, скажем, за час).
Но когда мы «стрелляем» электронами, этого не получается! Большое того, может оказаться, что установленный в надлежащем месте счетчик, зарегистрироващий одинаковое число электронов при их прохождения через каждое ответствие в отдельности (когда одно из ответств закрыто), не зарегистрирует ни одного электрона, когда открыты оба ответств (рис. 3).
Естественно возникает вопрос: как это может быть?
Нетрудно усмотреть здесь то же явление, которое наблюдается при освенении экрана двумя одинаковыми источниками света, то есть явление интегерении.
Попытемся теперь ответить на вопрос, почему непонятна квантовая механика. Это нам помогет найти корни идеалистических выводов, к которым пришли некоторые философы и физики, анализируя создавшееся в физике положение.
Основная трудность понимания рассмотренных выше физических явлений заключится в том, что мы пытаемся при их анализе пользоваться теми же понятями, к которым мы привыклили в повышенной жизни. Многоvekовой опыт человека привел
12
к тому, что человек считает для себя понятным то, что он может представить себе в виде геометрической или механической образа. Этот опыт, практика изучения окружащего мира привели к созданию ряда понятный, при помощи которых реализный мир отражается в мозгу человека. Но до XX века человекство занималось лишь макросоппечими телами, движущимися со сравнительно небольшими скоростями. Макросоппечими называются тела, которые можно видеть, определять их форму и размеры (создать геометрический образ) и изучить их движение (создать механический образ). К этому опыту были приспособлены и соответствующие понятия.
Механика Ньютона, разработанная применительно к движению макросоппечих тел, установила, что механическое состояние тела однозначно определяется его координатами и имплусом (или скоростью, если массу тела считать неизменной).
Но вот мы перешли к миру объектов, подчиняющихся к движению макросоппечих тел, установила, что механическое состояние тела однозначно определяется его координатами и имплусом (или скоростью, если массу тела считать неизменной).
Не вот мы перешли к миру объектов, подчиняющихся к движению макросоппечих тел, установила, что механическое состояние тела однозначно определяется его координатами и имплусом (или скоростью, если массу тела считать неизменной).
Если опыт показывает, что эти объекты обладают и свойствами частиц и свойствами периодических волн, то в действительности они не волны и не частицы, а должны быть чем-то иным, «единивьт противоположностей».
И действительно, если внимательно рассмотреть экпериментальные доказательства того, что электрон есть общная механическая часть, то мы убедимся, что это весма косвеные доказательства. Скорое всего только глубокое убеждание физков в atomистическом строении вещества привело их к выводу, что опыт с электронами (и atomами тоже) свидетельствует о том, что они являются частицами в общном механическом смысле.
Далее Эйнштейн не мог отречься от «механической» точки зрения на движение электрона. Он часто качал головой и говорил: «но ведь негадает же бог «орел — решка», чтобы решить, куда должен движаться электрон».
В нашей做过верность реализного существования atomов, электронов, протонов может сопрничать с достоверностью системы Коперника в астрономии. Но это не значит, что мы можем представлять себе эти объекты как уменьшенную модель астрономических тел. Мы do сих порника не можем их себе представить; они ни на что не похожи. И в этом природа не виновата!
Было бы, конечно, выражением высшей степени философского идеализма считать, что природа должна приспособиться к человекскому разуму, чтобы он мог образно представить себе все ее объекты. Именно потому, что мы не можем представить квантовые объекты в виде геометрических и механических образов, мы считаем их непонятными.
Но если это так, то какие у нас основания предполагать, что состояние движения квантовых объектов должно определяться теми же величиными, то есть координатами и имплусом, которые определяются состояние объчных тел? Словом, вопрос «каковы координаты и имплус в данной момент времени?» применительно к квантовым объектам — незааконный вопрос. Ведь не всякий вопрос правомерен. Например, нельзя ответить на вопрос «какого цвета пульковский меридан?». Но из этого не следует, что возможно познания человека ограничены!
В такой же мере, по-видимому, неправомерен вопрос «каковы координаты и имплус электрона?».
К создавшейся ситуации в квантовом механике как нельзя лучше применными слова Ленина, сказанные им по аналогичному поводу: «Движение тел превращается в природа в движение того, что не есть тело с постоянной массой, в движение того, что есть неведомый заряд неведомого электричеса в неведомом эфире,— эта диалектка матерIALных превращений,