Механицизм в науке и философии

По убеждению  Юма, сам по себе тот факт, что  мы знаем о следовании события  А за событием В, даже если это следование многократно повторялось, отнюдь не доказывает, что и в будущем событие А неизменно будет следовать за событием В. Юм приходит к выводу, что наша вера в причинность не более, чем привычка, и с полным основанием утверждает, что привычка не может служить подходящей основой для веры.  

Джон Стюарт Милль, наиболее известный английский философ XIX в поддержав отрицание причинности Юма, добавил несколько собственных идей. В сочинении “Система логики” (1843) Милль так изложил свою концепцию причинности:” Закон причинности, главный столп, на который опирается наука, есть ничто иное, как знакомая истина об обнаруживаемой путем наблюдения неизменности следования между каждым природным фактом и каким-то другим фактом, ему предшествующим” .  

Но несмотря на критику Юма, Милля и др. к  концу XIX в. причинность в глазах естествоиспытателей поднялась до статуса самоочевидной истины, который столетием раньше Кант предал ей, исходя из метафизических оснований. Отношение к причинности, сложившееся в конце XIX в. Достаточно четко выразил Герман Гельмгольц в своей “Физиологической оптике” : Принцип причинности носит характер чисто логического закона даже в том, что выводимые из него следствия относятся в действительности не к самому опыту, а к пониманию опыта и, следовательно, не могут быть опровергнуты никаким возможным опытом. ([1], 265)    

3. Идеи детерминизма  в науке и философии XVI-XIX вв  

Грядущие годы таятся во мгле,  

Но жребий твой вижу на светлом челе.  

 А. С. Пушкин  

Поскольку причины  того или иного явления не всегда удается установить, а механицизм так же не всегда может объяснить разнообразные явления, в XIX веке господствующее положение приобрело философское учение под названием “детерминизм” . Различие между учением о причинности и детерминизмом отмечал еще Декарт:” Следствие отстает во времени от причины из-за ограниченности чувственных восприятий человека” . Суть детерминизма проще всего объяснить с помощью аналогии. Если аксиомы Евклидовой геометрии заданы, то свойства фигур в рамках этой геометрии полностью определены как необходимые логические следствия. Говорят, что Ньютон как-то спросил, зачем нужно выписывать теоремы Евклидовой геометрии, если они очевидным образом следуют из аксиом. Все же большинству людей требуется немало времени, чтобы доказать каждую из теорем. Но хронологический порядок открытия новых геометрических свойств, который связывает аксиомы и теоремы, такой же временной последовательностью, как причину и следствие, в действительности иллюзорен.  

Так же обстоит  дело и с физическими явлениями, считал Декарт. Для “божественного разума” все явления “существуют” в одной математической структуре. Но наши чувства в силу ограниченности их возможностей распознают явления  не одновременно, а одно за другим, и поэтому мы одни явления принимаем за причины других. Отсюда понятно, считал Декарт, почему математика позволяет предсказывать будущее. Это становится возможным благодаря ранее полученным соотношениям. Именно математическое соотношение дает самое ясное физическое объяснение реальности. Кратко можно сказать, что реальный мир – это совокупность математически представимых движений объектов в пространстве и времени, а Вселенная в целом – огромная гармоничная машина, построенная на основе математических законов. Кроме того, многие философы, включая самого Декарта, утверждали, что математические законы заданы раз и навсегда, поскольку так сотворил мир Сам Бог, а Божья Воля неизменна. независимо от того, удалось ли человеку проникнуть в сокровенные “замыслы Бога” , мир функционировал по закону, и закономерность процессов, происходящих в природе, не ставилась никем под сомнение, по крайней мере до начала XIX в.  

Ньютоновская  концепция Вселенной, состоящей  из твердых неразрушимых частиц, каждая из которых действует на другие с вполне определенной, вычисляемой силой, была положена в основу последовательного детерминизма французским астрономом и математиком Лапласом. Ему принадлежит ставшее классическим описание сущности детерминизма: Состояние Вселенной в данный момент можно рассматривать как результат ее прошлого и причину ее будущего. Разумное существо, которое в любой момент знало бы все движущие силы природы и взаимное расположение образующих ее существ, могло бы – если бы его разум был достаточно обширен для того, чтобы проанализировать все эти данные – выразить одним уравнением движение и самых больших тел во Вселенной, и мельчайших атомов. Ничто не осталось бы сокрытым от него – оно могло бы охватить единым взглядом как будущее, так и прошлое. ([6] c. 81) Детерминизм завоевал столь прочные позиции, что философы стали подходить с детерминистической точки зрения к оценки деятельности человека как части природы. Идеи, волевые акты и действия человека рассматривались как неизбежное проявление взаимодействия материи с материей. По мнению детерминистов человеческая воля определяется внешними физическими и физиологическими причинами. Гоббс, например, объяснял кажущуюся свободу воли следующим образом. События из вне воздействуют на наши органы чувств, а те в свою очередь на мозг. Движение внутри мозга порождает то, что мы называем аппетитом, восторгом или страхом, но все эти чувства – не более чем наличие движения внутри мозга. Когда аппетит и отвращение сталкиваются в противоборстве, наступает особое физическое состояние, именуемое осмотрительностью. Одно движение одерживает верх над другим, а мы говорим о проявлении свободы воли. Но в действительности выбор преобладающего движения принадлежит не личности. Мы видим результат, но не в состоянии осознать определяющий его процесс. Свободы воли не существует. Это бессмысленный набор слов. Воля жестоко ограничена действиями материи.  

Вольтер в сочинении  “Невежественный философ” утверждал: “Было бы очень странно, если бы вся природа, все планеты должны были бы подчиняться вечным законам, а одно небольшое существо, ростом в пять локтей, презирая эти законы, могло бы действовать, как ему заблагорассудится” . Случай – ни что иное, как слово, придуманное для обозначения известного действия неизвестной причины.  

Этот вывод  был настолько категоричен, что даже материалисты попытались умерить его остроту. Некоторые из них утверждали, что детерминированы только действия человека, но не его мысли. Другие пытались найти новую интерпретацию свободы, пытаясь сохранить хотя бы какое-то подобие ее. Вольтер саркастически заметил в этой связи: “Быть свободным означает иметь возможность делать что угодно, а не хотеть что угодно” .  

С научной точки  зрения утверждение “событие А определяет событие В” означает, что если задано событие А, то можно вычислить событие В. Таким образом применение детерминизма в точных науках можно охарактеризовать следующим образом: если состояние некоторого множества объектов в произвольный момент времени задано, то состояние объектов того же множества в любой момент времени в будущем может быть определено путем вычислений.  

Естественно научная  концепция детерминизма наиболее четко  выражена функциональными соотношениями  между переменными, но из функционального  соотношения не следует существования  причинно следственной связи.  

Многое из того, чем занимаются точные науки сводится к установлению функциональных соотношений  между переменными. Если такого рода соотношение оказывается верным в широких пределах и выражает нечто важное относительно физического  мира, то оно обретает статус закона природы.  

Однако еще  Дж. Максвелл указывал на существование  ситуаций (которые он называл особыми  точками) , в которых поведение  механической системы становится нестабильным, как, например, камень на вершине горы может вдруг сорваться, вызывая лавину. Максвелл предостерегал своих ученых коллег от недооценки роли таких ситуаций и считал, что если изучение особых точек сменит непрерывность и стабильность вещей, то успехи естествознания, возможно, позволят устранить предрасположение к детерминизму.  

Лидер физической науки своего времени, Максвелл стал пророком для следующего поколения  ученых. Некоторые из его работ  по кинетической теории газов способствовали закату детерминизма. Трещины и пробелы, которые Максвелл увидел в детерминистической схеме вскоре расширились. На смену детерминизма пришли статистические законы.  

Применение законов  статистики в физике началось со статистической механики, где еще можно было предполагать, что, детально описав миллионы столкновений молекул, каждая из которых подчиняется законам классической механики, (доведенной к концу XIX в Гамильтоном до уровня завершенной науки) и, таким образом, поведение которой полностью детерминировано, мы могли бы предсказать поведение газа в целом. Но число столкновений столь велико, что рассматривать подобные коллективные эффекты можно только статистическими методами. Первым стал использовать статистические законы кинетической теории газов Людвиг Больцман, чей подход был радикален в эпоху господства механицизма и детерминизма и вызвал ожесточенные споры. Однако, сокрушительный удар по детерминистическому мировоззрению был нанесен несколько позже.  

4. Развитие квантовой  механики и деформация идей  детерминизма науке и философии  XX в.  

... Ведь даже  Эйнштейн – физический гений  

Весьма относительно все понимал...  

 В. Высоцкий.  

Середина двадцатых  годов нашего столетия – период, ставший “золотым веком” физики. Начиная  с 1926 года Эрвин Шредингер опубликовал  серию работ под общим названием  “Квантование как задача о собственных  значениях” , которые стали классикой науки и поставили на солидную основу казавшуюся до тех пор таинственной волновую механику. Эти работы, а также созданная к тому же времени матричная механика Гейзенберга положили конец периода анархии в развитии квантовой теории, которое началось со смелой гипотезы Планка о квантах.  

В квантовой  физике того времени существовало множество  противоречий. Например, в атомной  модели Бора для расчета электронных  орбит использовались законы классической механики и электродинамики, а для объяснения устойчивости электронных орбит привлекались условия квантования. В рамках одной и той же модели применялись положения, которые иногда прямо противоречили друг другу.  

Однако, подход развитый в 1926 году Шредингером изначально был попыткой перехода от корпускулярного описания электрона к чисто волновому, и порождал свои трудности. Сложности возникали как с интерпретацией волновой функции (в частности, при переходе к задаче с несколькими электронами волновую функцию нельзя было отождествлять с классическим распределением заряда) , так и прежде всего с попыткой построить физическую теорию исключительно на базе волнового представления, отказавшись от идей корпускулярно-волнового дуализма. Выход из затруднения подсказывали исследования процессов атомных столкновений, проведенные Максом Борном в конце лета 1926 года. Анализ рассеяния электронов и альфа-частиц на ядрах довольно неожиданно дал ключ к пониманию смысла волновой функции Шредингера: квадрат ее амплитуды соответствовал вероятности обнаружения частицы в данной точке пространства. В то время как для Шредингера волновая функция была непосредственно наблюдаемой величиной, Борн отводил ей роль “направляющего поля” для электронов. Такая интерпретация (получившая название копенгагенской) поставила волновую механику на прочную физическую основу и выбила почву из-под многих спекуляций, в том числе из-под наивных реалистических рассуждений Шрединдерга.  

Долгое время  одни выдающиеся физики (Бор, Борн, Паули) придерживались концепции, что все  явления природы подлежат лишь вероятностной интерпретации, в то время как для многих не менее выдающихся физиков нашего столетия, в том числе многих создателей квантовой механики (Шредингер, Эйнштейн, Луи де Бройль, Макс Планк) подобное статистическое истолкование квантовой теории оказалось крайне неприемлемым. Они придерживались концепции причинности и детерминизма восходящих своими корнями к классической механике. Суть спора сводилась к следующему: является ли статистический характер законов квантовой физики результатом неполного знания, и не уступят ли эти законы свое место новым, не менее детерминистским, как законы Ньютона, или вероятность лежит в основе законов самой природы. Так во время пребывания в Копенгагене Шредингер заявил Бору: Если мы собираемся сохранить эти проклятые квантовые скачки, то приходиться пожалеть, что я вообще занялся квантовой теорией ([7] c. 48) .  

Для него было страшно  представить, что электрон “мог прыгать, как блоха” ([7], стр. 51) . Широко известно выражение Эйнштейна, что “Бог не играет в кости” . Эта же мысль прослеживается в письме Дж. Франку: Я могу еще, если на то пошло, понять, что Господь Бог мог сотворить мир, в котором нет законов природы. Короче говоря, хаос. Но то, что должны быть статистические законы с вполне определенными решениями, например законы, вынуждающие Господа Бога бросать кости в каждом отдельном случае, я считаю в высшей степени неудовлетворительным ([1] c. 271) .  

В статье” Можно  ли считать квантовомеханическое описание физической реальности полным?” Эйнштейн утверждал, что волновая механика не полна, и со временем должна появиться статистическая квантовая теория, которая явиться аналогом статистической механики: движение отдельных частиц должны быть детерминированы, но в следствии большого числа частиц их ансамбли должны описываться на основе статистики и теории вероятности ([10], т. 3, с. 604-611) . То же мнение выразил Поль Дирак (1978) , считавший. что возможно в будущем появится усовершенствованная квантовая механика, в которой произойдет возврат к детерминизму и тем самым подтвердиться точка зрения Эйнштейна. Но возврат к детерминизму, по мнению Дирака, возможен только ценой отказа от каких-то основных идей, которые мы сейчас принимаем без малейшего сомнения. Если мы вернемся к детерминизму, то нам придется каким-то образом заплатить за это, хотя сейчас трудно предугадать, чем именно.  

Ни Дирак, ни Эйнштейн не предложили альтернативной модели атомной теории. И к настоящему моменту квантовая теория достигла такого уровня в своем развитии, что решение проблемы вряд ли зависит только от получения новых экспериментальных данных. Хотя, для описания явлений, в которых участвуют видимые или осязаемые объекты, физики по прежнему используют детерминистические законы классической механики, их отношение к детерминизму при описании явлений такого рода существенно изменилось, благодаря развитию идеи квантовой механики. Все происходит так, как происходит, поскольку вероятность этого весьма высока, а вероятность того, что может быть иначе, весьма незначительна.