Философские проблемы науки и техники. Философские основания физики. (Лекция 10)

1. Философские проблемы науки и техники

Лекция 10

2. Карнап Рудольф

Философские основания физики.
Введение в философию науки

3.

Эта
книга возникла из семинарских
занятий, которые я много раз
проводил, меняя их содержание и
форму.
Семинар
носил
название
«Философские основания физики»
или «Понятия, теории и методы
физических наук».

4.

Мысль об опубликовании основного содержания моих
семинарских бесед (скорее неформальных) была
высказана Мартином Гарднером, который посещал
мой курс в Чикагском университете в 1946 году.
В 1958 году он спросил меня, существует ли
машинописный текст семинарских бесед или может
ли он быть подготовлен. В таком случае он предлагал
отредактировать его для издания.
Я никогда не имел машинописного текста своих
лекций и семинарских бесед и не хотел тратить время
на их написание. Но случилось так, что именно этот
курс был объявлен на следующий семестр, на конец
1958 года, в Калифорнийском университете в ЛосАнджелесе.

5.

Вступительная статья. Методологические принципы философии
физики Рудольфа Карнапа ........................... 5
Предисловие автора ................. 33
Часть I. Законы, объяснения и вероятность....... 37
Глава 1. Значение законов: объяснение и предсказание 39
Глава 2. Индукция и статистическая вероятность ... 59
Глава 3. Индукция и логическая вероятность .... 71
Глава 4. Экспериментальный метод........ 85
Часть II. Измерение и количественный язык...... 95
Глава 5. Три вида понятий в науке........ 97
Глава 6. Измерение количественных понятий .... 109
Глава 7. Экстенсивные величины......... 118
Глава 8. Время............... 127
Глава 9. Длина................ 137
Глава 10. Производные величины и количественный язык 148
Глава 11. Преимущества количественного метода . . . 158
Глава 12. Магический взгляд на язык........ 170
Часть III. Структура пространства..........179
Глава 13. Постулат Евклида о параллельных.....181
Глава 14. Неевклидовы геометрии.........189

6.

Глава 15. Пуанкаре против Эйнштейна.......202
Глава 16. Пространство в теории относительности . . .211
Глава 17. Преимущества неевклидовой физической геометрии ………. 223
Глава 18. Кантовские синтетические априорные суждения 241
Часть IV. Причинность и детерминизм........251
Глава 19. Причинность .............253
Глава 20. Включает ли причинность необходимость? 263
Глава 21. Логика каузальных модальностей
Глава 22. Детерминизм и свобода воли . .. 278 . 288
Часть V. Теоретические законы и теоретические понятия 299
Глава 23. Теория и ненаблюдаемые (величины) .... 301
Глава 24. Правила соответствия..........310
Глава 25. Как новые эмпирические законы выводятся из теоретических законов 319
Глава 26. Предложения Рамсея.........327
Глава 27. Аналитические предложения в языке наблюдения 339
Глава 28. Аналитические утверждения в теоретическом языке.................349
Часть VI. За пределами детерминизма.........361
Глава 29. Статистические законы .........353
Глава 30. Индетерминизм в квантовой механике .

7. Гейзенберг Вернер

ФИЛОСОФСКИЕ ПРОБЛЕМЫ
АТОМНОЙ ФИЗИКИ

8.

Начало современной физики – открытие Планком
кванта действия, содержание которой выражено в
теории относительности и квантовой теории.
Классическая физика, нашедшая свое завершение
примерно тридцать лет назад, была построена на
следующем основном положении, которое как
очевидный, само собой разумеющийся отправной
пункт всей точной науки, казалось, не нуждался нив
обсуждении, ни в доказательстве: физика имеет дело
с отношениями вещей в пространстве и с их
изменениями во времени.

9.

Хотя
первоначально это указывало
только на характер опытов, лежащих в
основе физики, однако, в то же время
казалось,
что
тем
самым
устанавливались и отдельные свойства
вещей, о которых можно было делать
заключение на основании таких
опытов.

10.

Молчаливо предполагалось, что существует
объективное, не зависящее от отдельного
наблюдения
течения
событий
в
пространстве
и
времени
и
что
пространство
и
время
является
неизменным, друг от друга
не
зависящими формами упорядочения всего
происходящего
и
благодаря
этому
представляющими объективную для всех
людей одинаковую реальность.

11.

Возникновение теории относительности было
результатом
внутренней
необходимости.
Классическая физика пришла к противоречиям при
попытке последовательно объяснить некоторые
точные эксперименты, в особенности знаменитый
опыт Майкельсона.
Наука была вынуждена признать, что одна из
предпосылок
классического
объяснения,
соответствующая нашему повседневному опыту с его
обычными неточностями в областях, недоступных
прямому восприятию, не основывались ни на каком
непосредственном опыте, и поэтому могла быть
отброшена.

12.

Положение, согласно которому имеет
смысл называть без дальнейших уточнений
два события одновременными, так же как
и в том же случае, когда они происходят не
в одном и том же месте.
Мы называем событие «прошедшим», если
можно, по крайней мере, принципе узнать
о
нем
посредством
некоторого
наблюдения.

13.

Мы называем событие «будущим», если
можно, по крайней мере, в принципе,
вмешаться в его течение.
Нашему
повседневному
опыту
соответствует вера в то, что событие,
которое мы могли как-то наблюдать
отдельно от события, которое мы еще
можем изменить, только бесконечно
коротким
мгновением,
называемым
«настоящим».

14.

Несостоятельность
этого
скрытого
допущения
классической
физики
была
доказана
экспериментальными исследованиями, побудившими
ученых
принять
специальную
теорию
относительности.
Действительно, между тем, что мы называли
«прошедшим», и тем, что называли «будущим»,
лежит скорее, хотя и малый, но все же конечный
интервал времени, продолжительность которого
определяется
удаленностью
наблюдателя,
фиксирующего «прошедшее» и «будущее» от места
данного события.

15.

Приводящая к такому пониманию теория,
будучи подтвержденной большим числом
экспериментов, становится между тем само
собой разумеющимся основанием всей
современной физики.
Особое ее значение состоит, прежде всего,
в совершенно неожиданном установлении:
последовательное
проведение
идей
классической
физики
вынуждает
преобразовать самые основы последней.

16.

Современные
теории возникли не из
революционных идей, которые были
введены в точную науку извне,
напротив, к ним пришли в результате
попыток последовательно и до конца
осуществить программу классической
физики,
следовательно,
они
порождены самой ее природой.

17.

К пересмотру понятия времени общая теория
относительности
добавила
пересмотр
геометрических свойств пространства.
Если эта теория правильно интерпретирует небольшое
число астрономических наблюдений, относящихся к
комплексу связанных с ней вопросов, то очевидно,
должна существовать связь между геометрией и
распределением материи во Вселенной.

18.

В
таком случае эвклидова геометрия
приложима только к небольшим
областям пространства, в то время как
в больших масштабах пространство
может
обладать
структурой,
совершенно отличной от той, которая
соответствует
непосредственному
восприятию.

19.

Общая теория относительности пока еще не
покоится на такой надежной основе, как
специальная теория, хотя в то же время, до
сих пор нет ни одного эксперимента,
который бы определенно противоречил ей.
Ее
убедительность
состоит
не
в
разъяснении многих и до сих пор неясных
результатов наблюдения, а в новом методе
мышления, который раньше был скрыт от
естествоиспытателей.

20.

В результате новых экспериментальных открытий
была
подорвана
вера
в
объективное,
независимое от наблюдателя течение события,
являющееся
внутренней
сущностью
классической физики.
Как следствие этого появилась Боровская теория
строения атома, и в квантовой теории наука
вынуждена была постепенно отказаться от
отдельных положений классической физики в
результате
серии
замечательных
экспериментальных открытий.

21.

После открытия Планком кванта действия
первым наиболее важным шагом было
установление (исследованиями Ленарда и
их интерпретацией Эйнштейном) того, что
свет, который на основании бесчисленных
опытов по интерференции следовало бы
рассматривать как волновой процесс, все
же в некоторых экспериментах проявляет
корпускулярные свойства.

22.

Наконец, одновременные работы Геттингенского кружка,
Дирака и Шредингера, в которых удалось дать общее описание
при помощи математической схемы различного рода
экспериментов, привели к совершенно новой ситуации,
касающейся основных принципов физического исследования.
Анализом этой ситуации мы обязаны, прежде всего, Бору.
Оказывается, в наших исследованиях атомных процессов
неизбежно существует своеобразное раздвоение. С одной
стороны, вопросы, с которыми мы обращаемся к природе
посредством экспериментов, всегда формулируются в ясных
понятиях классической механики, в особенности в понятиях
пространства и времени, поскольку наш язык приспособлен к
передаче только обыденного нашего окружения и поскольку
опыты мы не можем провести иначе, как только во времени и
пространстве.

23.

С другой стороны, математические выражения,
пригодные для изображения экспериментальных
результатов, представляют собой волновые функции
в многомерных конфигурационных пространствах,
не допускающих какой-либо простейшей наглядной
интерпретации.
Из этого раздвоения возникает необходимость при
описании атомных процессов проводить резкое
различие между измерительными приборами
наблюдателя, описываемыми в классических
понятиях, и наблюдаемыми объектами, поведение
которых представляется волновыми функциями.

24.

В то время как все взаимосвязи в области, относящейся к
наблюдателю, а так же в области, содержащей изучаемые
объекты, являются строго определенными (в первом
случае – законами классической физики, а во второй –
дифференциальными уравнениями квантовой механики),
наличие резкой границы между этими областями
обнаруживается в статистических взаимосвязях.
Точнее, на границе этих областей воздействие средствами
наблюдения
на
объект
наблюдения
должно
рассматриваться
как
частично
неконтролируемое
возмущение. Это принципиально неконтролируемая часть
возмущения, которая обязательно связана с каждым
наблюдением, важное для нас во многих отношениях.

25.

Прежде всего, она является причиной
появления
статистических
законов
природы в квантовой механике. Далее, она
приводит к ограничению применимости
классических понятий: оказывается, что
точность, до которой имеет смысл
применять классические понятия для
описания природы, ограничивается так
называемым
соотношением
неопределенностей

26.

Такое ограничение, определяющее именно меру
применимости классических понятий, необходимо
для того, чтобы разумно соединить различные
наглядные представления относительно некоторых
физических явлений, например, волновое и
корпускулярное представления.
Наконец, эта принципиально неконтролируемая часть
возмущения поразительным образом обеспечивает
непротиворечивый переход от формул и законов в
квантово-теоретической области к формулам и
законам в области классической физики; так, что
образуется замкнутая область применимости
законов.

27.

Для формулировки законов природы безразлично,
где проходит граница двух областей, т.е. что считать
средством наблюдения, а что – исследуемым
объектом.
Понимание этого факта способствует также
устранению обычных возражений против полноты
квантовой
механики,
согласно
которым
предполагается, что за формулируемыми квантовой
теорией статистическими взаимосвязями скрывается
еще другая система детерминистических законов
природы, относящихся к неизвестным до сих пор
областям, аналогично тому, как за термодинамикой
была скрыта больцмановская механика атомов.

28.

Детальное исследование таких гипотез
сразу же показывает, что эти новые законы
природы находятся в противоречии со
строго
определенными
следствиями
квантовой механики.
Квантовая механика не оставляет места для
какого-либо дополнения ее положений, т.к.
единственный
пункт,
содержащий
неопределенность, есть вышеуказанная
«линия раздела».

29.

Если
бы
в
каком-либо
месте,
определенном посредством известного
природного процесса удалось при помощи
дополнений устранить неопределенность
квантовой теории, то такое устранение
привело бы только к смещению «линии
раздела» в новое место и означало бы
противоречие
между
квантовой
механикой
и
сделанным
предположением.

30.

Все это приводит к более общему вопросу: насколько
завершены измерения, сделанные современной физикой
в основаниях точных наук?
В этой связи необходимо выяснить, должен ли ученый раз
и навсегда отказаться от мысли об объективной шкале
времени и от объективных не зависимых от наблюдения
событий в пространстве и во времени, или же развитие
современной физики следует рассматривать только как
переходящий кризис. Мне кажется, что такой отказ
должен быть окончательным. Смысл этих понятий об
абсолютной шкале времени и об объективности событий
в пространстве и во времени – в том общем виде, как их
тогда представляли, никогда не был основан на
непосредственном опыте.

31.

К тому же мировоззрение, которое должно быть
отброшено вместе с этими вопросами классической
физики,
менее живуче,
чем то, которое было
ниспровергнуто Колумбом и Коперником.
Убедительность квантовой теории заключается отнюдь не
в том, что мы, применяя чуть ли не все методы измерения
положения и скорости электрона, каждый раз убеждались
бы, что нельзя избежать соотношения неопределенностей,
а в том, что экспериментальные результаты (Комптона,
Гейгера, Боте) с очевидностью свидетельствуют о
необходимости рассмотрения новых мыслительных
возможностей, создаваемых в квантовой теории,
благодаря чему отказ от вопросов классической физики
больше не кажется нам потерей.

32.

Подлинная сила современной физики всецело
заключается в тех порожденных самой природой
мыслительных
возможностях,
которые
она
представляет нам. Поэтому новые эксперименты уже
не наведут нас на след объективных событий во
времени или пространстве или абсолютного времени
(новые мыслительные способности это показали).
Современная физика ничего не изменила в
классических разделах физики: механика, оптика,
термодинамика. Пересмотру подвергаются только те
представления о неисследованных областях, которые
слишком поспешно были составлены на основании
наших знаний ограниченной части мира.

33.

Значение происшедших в физике изменений и их
возможное влияние на образ будущего мышления.
Естествознание имеет две задачи: подойти к
пониманию
природы,
создав
тем
самым
возможность поставить ее на службу человека и
определить место человека в природе путем
действительного проникновения в ее внутренние
отношения.
Данные теоретической физики, включая результаты
теории относительности и квантовой теории, не могут
непосредственно служить техническому прогрессу.

34.

Теоретическая физика влияет на техническое
развитие
косвенно
и
после
значительного
промежутка времени:
1. Для
правильного конструирования аппаратов
необходимо знать те общие законы природы,
согласно которым происходит работа аппаратов
(уравнения Максвелла для динамомашин, законы
атомной физики для конструирования аппаратов,
использующих атомные явления).
2. Прогресс в теории д.б. в значительной мере
обращаться
на
направлении
физических
исследований, и в конечном счете, на развитии
техники.

35.

Кратко остановимся на взаимоотношении между
экспериментальной и теоретической физикой.
Несомненно,
что
экспериментальные
исследования образуют во всех областях
необходимую предпосылку для теоретического
объяснения и что принципиальный теоретический
шаг
делается
только
под
давлением
экспериментальных результатов.
Однако, направление экспериментальной работы
должно определяться все же теорией.

36.

Преобразование основ точного естествознания,
имевшее место в современной физике, было
произведено шаг за шагом в результате воздействия
экспериментальных исследований.
С другой стороны, сравнение областей исследования в
физических лабораториях в настоящее время и в
двадцать лет назад показывают, как направление
экспериментальных
исследований
определяется
изменениями в нашем понимании законов природы.
Задача чистого естествознания всегда состоит в том,
чтобы подготовить почву для развития техники.

37.

Однако, преобразование основ точной науки отражается
не только в технике, и экспериментальных исследованиях
существует еще одна область, подверженная такому
влиянию – эта философская теория познания.
Вопрос, поднятый Кантом об априорности форм
созерцания и категорий, предстал в новом свете в
результате критики абсолютного времени и эвклидова
пространства в теории относительности и принципа
причинности в квантовой теории.
С одной стороны, было установлено, что наши
пространственно-временные формы созерцания и
принцип причинности не являются независимыми от
всякого опыта. В том смысле, что они обязательно
должны сохраняться в виде существенной составной
части любой будущей физической теории.

38.

С другой стороны, как подчеркнул Бор, применимость
этих норм созерцания и принципа причинности
является предпосылкой всякого объективного
научного опыта так же и в современной физике, т.к.
процесс и результат измерения можно выразить
только посредством описания приемов измерения и
способов
отсчета
показаний,
которые
рассматриваются как объективные процессы,
разыгрывающиеся в пространстве и во времени
нашего восприятия.

39.

Мы не можем так же на основании результатов
измерений
сделать
заключение
о
свойствах
наблюдаемых объектов, если принцип причинности не
гарантирует однозначной взаимосвязи между ними.
Кажущееся
противоречие
между
этими
двумя
положениями разрешается, если иметь в виду, что
физические теории только там могут отличаться по
своему строению от классической физики, где предметом
их исследований являются объекты, не поддающиеся
непосредственному чувственному восприятию, т.е. когда
покидают область обычного повседневного опыта, где
господствует классическая физика.

40.

Современная
физика
более
точно
определила границы идеи «a priori» в
точном
естествознании,
чем
было
возможно во времена Канта.
Философия
Канта, претендующая на
критику
поспешной
догматизации
существующих научных понятий, точно так
же не смогла предотвратить окостенения
научного мировоззрения.

41.

После того, как ряд основных положений
классической физики был принят за
априорное
условие
физических
исследований на основе естественной,
однако неверной экстраполяции возникла
вера в абсолютный характер этих
положений, т.е. их стали рассматривать как
всегда справедливые и не зависимые ни
от каких наших новых опытов.

42.

Был создан твердый остов классической физики:
возникло представление об объективном, существующем
в пространстве и во времени телесном мире, который,
как машина, после первоначального толчка, продолжает
существовать по неизменным законам.
Тот факт, что такая «машина», как и все науки, есть опятьтаки
продукт
человеческого
разума,
казался
несущественным, не имеющим значения для понимания
природы. Такое распространение научных форм
мышления далеко за пределы их законного применения
привело к вызывающему частое сожаление делению
духовной жизни на область науки, с одной стороны, и
область религии и искусства – с другой.

43.

Точная наука была убеждена в общей обоснованности и
применимости научных принципов и пыталась
распространить их на другие сферы духовной жизни,
угрожая их самостоятельности. Но т.к. ее силы оказались
недостаточны, на то, чтобы полностью захватить эти
области, то в целях самозащиты возникли почти
непреодолимые границы между ставшими чужими
областями.
Т.о.
научное
мировоззрение
XIX
века
было
рационалистическим, т.к. его основа – классическая
физика была выведена из небольшого числа аксиом,
поддающихся рациональному анализу, и т.к. оно
основывалось на вере в возможность рационального
анализа всей действительности.

44.

Но
надежда понять бесконечное
многообразие мира на основании
знания его небольшой части
никогда
не
может
быть
рационально обоснована.

45.

Изменения в атомной физике показали,
что научные системы, вроде классической
механики
или
других
разделов
классической физики только тогда могут
считаться
правильными,
если
они
полностью внутренне замкнуты.
Эти
изменения
показали,
что
распространение научных исследований
на новые области опыта не означает
применение известных ранее законов к
новым объектам.

46.

Здание классической физики (как и
современной) «замкнуто» внутри себя и
может быть применимо только там, где
приложимы ее понятия, образующие ее
основу. И все менее приложимы в тех
научных областях, которые удалены от
классической физики.
Современная
физика
освободила
классическую
физику
от
некоторых
неясностей, связанных с признанием ее
неограниченной применимости.

47.

Современная физика показала, что отдельные
разделы нашей науки, как например, механика,
теория
электричества,
квантовая
теория,
представляют
собой
внутренне
замкнутые
рациональные, тесно взаимосвязанные
научные
системы,
всегда
правильно
выражающие
соответствующие законы, при этом существенна здесь
«внутренняя замкнутость» системы.
Наиболее важным новым достижением атомной
физики
было
открытие
возможности
непротиворечивого
применения
совершенно
разнородных
систем
законов
природы
к
одинаковым физическим явлениям.

48.

В каждой определенной системе законов из-за
характера важнейших понятий, на которых основаны
эти законы, имеет смысл постановка только
определенных вопросов, и вследствие этого наша
система отделена от других систем, в которых
допустима постановка других вопросов.
Новые области опыта всегда будут вести к
возникновению новых систем научных понятий и
законов,
не
хуже
старых
поддающихся
рациональному
анализу,
но
обладающих
существенно отличной природой. На здание точных
естественных наук едва ли можно смотреть как на
связанное единое целое.

49.

Теперь природа напоминает нам в
современной физике, что мы никогда не
должны надеяться на возможность найти
такую твердую основу для познания всего
мира познаваемого.
Понимание этого может предохранить нас
от ошибочных стремлений втиснуть новые
области опыта в несоответствующую им
схему понятий.