Головна ⇒ 📌Довідник с фізики ⇒ Причинність у мікросвіті

Причинність у мікросвіті

ФІЗИКА

Частина 5 АТОМНА ФІЗИКА

Розділ 16 ХВИЛЬОВІ ВЛАСТИВОСТІ РЕЧОВИНИ

16.7. Причинність у мікросвіті

Детермінізм сформувався в класичній механіці, потім поширився на інші сфери фізики. Однак подібне поширення на квантову механіку виявилось пов’язаним із серйозними труднощами, що привело окремих вчених до висновку про порушення закону причинності в мікросвіті та спробам обгрунтувати його усунення із фізики. У зв’язку з цим потрібно розрізняти причинну концепцію і детермінізм.

Класична механіка тлумачить матеріальне

тіло як частинку, або корпускулу, що має в кожний момент часу певне положення (координати) в просторі та швидкість (імпульс). Під час свого руху така частинка за певний проміжок часу описує лінію, яку називають траєкторією.

Успіхи, досягнуті класичною механікою, привели до того, що положення, справедливі в її межах, необгрунтовано поширювались іноді на явища, що якісно відрізняються від явищ, які досліджує класична механіка. Механістичний детермінізм у фізиці означає: початковий стан руху тіла (що характеризується значеннями координат й імпульсу в початковий момент часу), визначає згідно із законами механіки

його стан у будь-який наступний момент часу. Механічне розуміння необхідного зв’язку фізичних явищ, отже, допускає: 1) заперечення якісно відмінних один від одного етапів у розвитку єдиної матерії й перенесення фізичних понять із однієї сфери дослідження фізики (наприклад, із сфери макросвіту) в другу, якісно відмінну від першої (наприклад, у сферу мікросвіту); 2) поряд із визнанням того, що матерія тільки перервна, визнання, що рух, зміни також тільки перервні; 3) визнання панування в природі простої безпосередньої необхідності й заперечення випадковості.

Нові відкриття, які привели до створення квантової механіки, зруйнували у сфері мікроявищ уявлення класичної механіки про корпускулу та її стан. Було встановлено, що електрон має одночасно корпускулярні й хвильові властивості (це стосується й інших мікрочастинок). З’ясувалось, що поняття траєкторії непридатне для рухомого електрона, а його стан не може бути охарактеризований одночасно точними значеннями координати й імпульсу. Інакше кажучи, досліди показали, що потік електронів поводить себе не так, як потік частинок. Електрони в цьому потоці одночасно подібні до рухомих частинок і хвиль. Тому поняття класичної теорії про неперервні хвилі й перервні частинки, що виключають одна одну, виявилось недостатнім для відображення квантових явищ. Ці проблеми понять класичної механіки використали ідеалісти, які розглядали обмеженість положень механістичного матеріалізму про матерію і причинність як усунення матерії і причинності з природи, як крах філософського матеріалізму.

Оскільки в мікросвіті неможливо визначити одночасно і точно координати та імпульси, то й передбачити їх неможливо, тобто невизначеність координат та імпульсів у певний момент призводить до невизначеності їх у майбутньому. Звідси можна зробити висновок, що причинний розгляд у мікросвіті непридатний і що мікропроцеси відбуваються індетерміновано.

В. Гейзенберг вважав, що пояснювати певну дію певною причиною можна лише тоді, коли ми можемо спостерігати дію і причину, не спричинюючи збурення процесу. На його думку, статистичний характер квантово-механічних законів означає принциповий відхід від детермінізму.

Оскільки справедливість закону причинності ставиться у зв’язок з існуванням реального зовнішнього світу, то часто приходять до висновку, що такий світ не існує. Це використовують також для висновків теологічного характеру. А. Еддінгтон вважав, що релігія взагалі лише з 1927 р. стала можливою для розумного вченого. Аналогічно П. Йордан стверджував, що у “вільних рішеннях” атомних явищ завжди розкривається творча сила Бога. До нього приєднався А. Комптон, на його думку, гіпотеза про розумне божество пропонує нам більш сприятливе пояснення Всесвіту, ніж будь-яка інша гіпотеза.

Оскільки індетерміністська концепція розвивається на суб’єктивно-ідеалістичній основі, то вона зустрічає опір не тільки з боку представників об’єктивного ідеалізму, а й з боку представників кантіанства і позитивізму. Крім того, цьому індетерміністському тлумаченню атомних явищ протистоїть механістичний матеріалізм. Цю концепцію критикували також з позицій діалектичного матеріалізму такі фізики, як С. І. Вавилов, В. О. Фок, Д. І. Блохінцев та ін.

Мікрочастинка (електрон, протон та ін.) відрізняється від макроскопічних тіл не лише масою і розмірами, тобто мікрочастинку не можна вважати малою копією великого тіла. Перехід від явищ макросвіту до атомних явищ не зводиться лише до зменшення масштабу, а супроводжується істотними якісними змінами. Багато ідеалістичних висновків у квантовій механіці зумовлені тим, що ця істотна властивість мікрочастинок відкидається. Розглядаючи мікрочастинку як малу копію великого тіла, деякі фізики вважають, що в кожний момент часу ці частинки мають визначені координати, швидкості, але ми не можемо одночасно визначити ці фізичні величини. Таке уявлення обмежує можливості пізнання і веде до агностицизму.

Звичайно, квантова механіка не є істиною останньої інстанції. Вже тепер відомо чимало фактів, які потребують побудови більш досконалої теорії. Проте квантова механіка і в сучасному її вигляді, безумовно, відображає об’єктивну реальність. Якісно нові особливості властиві самим мікрочастинкам і характеризують не нестачу наших знань, а, навпаки, показують, що в пізнанні об’єктивних властивостей сучасна фізика зробила крок уперед порівняно з класичною. Відкриття принципу невизначеностей і своєрідних статистичних законів атомних явищ, про які в класичній фізиці не могло бути й мови, означає наступний крок у пізнанні об’єктивних закономірностей природи.

Фізики-індетерміністи не відрізняють механістичного детермінізму від принципу причинності, ототожнюють принцип причинності як загальний принцип з його окремим вираженням у вигляді динамічних законів. Вони протиставляють закономірності поодиноких явищ статистичним закономірностям або причинну обумовленість тлумачать як статистичне середнє хаотичних елементарних явищ, ототожнюють випадковість із безпричинністю. Крім того, виходячи з ідеалістичного розуміння причинності як своєрідної організуючої діяльності нашої свідомості, вони вбачають у причинності, закономірності, необхідності дещо, створене розумом, а не причинність, закономірність і необхідність явищ природи, що відображається з розвитком науки й практики все повніше і точніше.

Незнання діалектики, діалектичного вчення про відносну і абсолютну істину, а також фетишизація математики призводять нині до абсурдних висновків про зникнення матерії, про меншу реальність мікрооб’єктів, про неможливість пізнання природи тощо.

Нове, що внесла квантова механіка в поняття причинності в природі, полягає у визнанні того, що рух неперервний і одночасно перервний, що речовина перервна і одночасно неперервна. У квантовій механіці це приводить до того, що її закони виражаються через нові поняття, які відображають явища, невідомі доквантовій фізиці. Всім своїм змістом квантова механіка підкреслює, що потрібно розглядати в єдності закономірності поодиноких явищ і їх сукупностей. Отже, квантова механіка відображає протилежності, що проявляються в мікросвіті і виступають в діалектичній єдності для мікрочастинок – це їхні корпускулярні та хвильові властивості.

Діалектичний матеріалізм давно вже довів обмеженість лапла – сівського детермінізму і вказав шлях до подолання цієї обмеженості – шлях узагальнення поняття причинності, в якому необхідність і випадковість не були б взаємовиключними протилежностями. Поняття “ймовірнісної причинності” випливає з узагальнення квантової механіки і є основою загальних ідей діалектичного матеріалізму. З погляду ймовірнісної причинності, питання про попадання електрона в певне місце екрана (пошуки причин, які б дали змогу одночасно на нього відповісти) порушене некоректно. Поведінка електрона має принципово ймовірнісний характер, об’єктивно не існує однозначного (або динамічного) закону, який керував би його поведінкою. І в цьому немає нічого несумісного з матеріалізмом, хоч є багато такого, що несумісне зі звичайними уявленнями, і, зокрема, з уявленнями про динамічну причинність.

Квантова механіка, стверджуючи ймовірнісну причинність, зовсім не відкидає однозначного зв’язку взагалі. Основне у квантовій механіці рівняння Шредінгера дає змогу однозначно обчислювати за початковими значеннями ψ-функції її значення в будь-який наступний момент. Проте фізична суть ψ-функції полягає в тому, що вона (квадрат її модуля) виражає ймовірність знаходження мікрооб’єкта в певній точці простору. Тому рівняння Шредінгера фіксує однозначний зв’язок, але не подій, що не відбулися, а потенціальних можливостей та ймовірностей, що виражають їх. Однозначний на рівні потенціальних можливостей зв’язок виявляється ймовірністю на рівні реалізованих можливостей, тобто на рівні подій, що відбулися. В цьому й полягає єдність однозначності й статистичності (ймовірнісного характеру) в квантовій механіці.

В останніх своїх працях Н. Бор розглядав статистичний характер квантово-механічного формалізму як природне узагальнення детерміністського описання класичної фізики. Він підкреслив відмінність між причинністю і детермінізмом (у дусі лапласівського ідеалу абсолютної детермінованості). Н. Бор тут не заперечує причинності як відношення між причиною і дією, а, навпаки, зазначає, що в квантовій механіці вона зберігається. Критерій причинності, виражений у механістичному детермінізмі, непридатний до квантово-механічних об’єктів. Квантова механіка відкидає детермінізм лише лапласівського типу (механістичний детермінізм), але вона не суперечить принципу причинності в такому розумінні, яке випливає з діалектичного матеріалізму.

Отже, квантово-механічне розуміння причинності докорінно відрізняється від розуміння причинності в класичній механіці. Керуючись принципом невичерпності рухомої матерії, можна передбачити неминучість пізнання причинності, якій підпорядковані мікрооб’єкти. Багато ще треба зробити для удосконалення наших уявлень про причинність, підвищення точності та всебічності у віддзеркаленні за допомогою понять об’єктивних причинних зв’язків.