Философия Вернера Гейзенберга

Министерство образования  Республики Беларусь

Учреждение образования

«Могилевский государственный  университет имени А.А.Кулешова»

Горлачева (Шепелева) Татьяна Александровна

Физико-математический факультет

(специальность «Физика»)

ФИЛОСОФИЯ ВЕРНЕРА  ГЕЙЗЕНБЕРГА

Реферат по философии и  методологии науки

Преподаватель:  доктор философских наук, профессор кафедры философии Вишневский М.И.

Могилев, 2013

РЕФЕРАТ

Работа состоит из оглавления, введения, основной части, заключения и списка используемой литературы. Объем работы – 21 страница, 5 литературных источников.

Ключевые слова: Вернер Гейзенберг, физика и философия, шаги за горизонт.

В основной части моего реферата содержится краткий анализ основных трудов Вернера Гейзенберга, его основные утверждения и осмысления. Выводы современной физики, о которых идет речь в книге «Физика и философия. Часть и целое», во многом изменили представление о мире, унаследованное от прошлого века. Они вызывают переворот в мышлении и потому касаются широкого круга людей.

В своей книге «Физика и философия. Часть и целое» Гейзенберг рассказывает о философских проблемах перехода от ньютоновского представления об основных элементах мироздания к современным теориям, о прошлом и будущем естествознания и о значении науки.

Революцию в науке Гейзенберг понимает как сугубо внутреннее и  вытекающее из самой логики развития научных понятий событие. Она вызывается не внезапными открытиями или гениальными идеями, а как раз предельной последовательностью в применении традиционных понятий и совершается поэтому не оригиналами и новаторами, а умом традиционным и консервативным. Потому-то она и оказывается неизбежной.

«Революция в науке, – говорит Гейзенберг, – совершается путем минимальных изменений, путем сосредоточения всех усилий на решении заведомо нерешенной еще проблемы, действуя при этом весьма консервативно. Ибо только в том случае, когда новое навязано нам самой проблемой, идет не от нас, а в каком-то смысле извне, – оно обнаруживает впоследствии свою преобразующую силу и способность повлечь за собой весьма серьезные изменения» [3, c.391].

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение………………………………………………………………………………4

1. Замкнутые системы в  науке………………………………………………………5

2. Классическая физика………………….…………………………………………...6

3. Делима ли материя?..……………………………………………..………….......8

4. Развитие современной физики…………………………………………………..10

5. «Копенгагенская интерпретация»……………………………………………….14

6. Критика  в отношении копенгагенской интерпретации  квантовой теории…...17

Заключение………………………………………………………………………….20

Список использованной литературы………………………………………………21

ВВЕДЕНИЕ

 Вернер Карл Гейзенберг (родился 5 декабря 1901 в Вюрцбурге, а умер 1 февраля 1976 в Мюнхене) – немецкий физик-теоретик, один из создателей квантовой механики, лауреат Нобелевской премии по физике (1932), член ряда академий и научных обществ мира.

Гейзенберг является автором ряда фундаментальных результатов в квантовой теории: он заложил основы матричной механики, сформулировал соотношение неопределённостей, применил формализм квантовой механики к проблемам ферромагнетизма, аномального эффекта Зеемана и прочим. В дальнейшем активно участвовал в развитии квантовой электродинамики (теория Гейзенберга – Паули) и квантовой теории поля (теория S-матрицы), в последние десятилетия жизни предпринимал попытки создания единой теории поля [5].

Гейзенберг является одним из авторов протонно-нейтронной модели строения атомного ядра (1932 г.). В последние годы жизни работал над проблемами квантовой теории поля. Значительное место в научном творчестве Гейзенберга занимает разработка философско-методологической проблемы физики и её истории. Ряд методологических работ Гейзенберга посвящён исследованию связи современной физики с идеями античной философии, в которых он отдаёт предпочтение объективным философским идеям Платона. В ряде работ Гейзенберг анализировал понятие простоты научной теории, различные аспекты концепции дополнительности, социокультурные проблемы науки [5].

Работа В. Гейзенберга посвящена  широкому кругу вопросов современной  физики в контексте философии, а именно, некоторых основных количественных выражений и формул без которых многие важные утверждения оказались бы голословными.

1. Замкнутые системы в науке

Наука – это сфера познавательной деятельности людей, система объективно-истинного знания о природной и социальной действительности, о самом человеке. Непосредственной целью науки является постижение истины и открытие объективных законов. Наука – это творческая деятельность по получению нового знания и результаты этой деятельности: совокупность знаний, приведенная в целостную систему на основе определенных принципов. Разрозненные, хаотические сведения не являются научным знанием.

С помощью науки человек  определяет и строит свои отношения  с окружающим миром  и находит приемлемые формы жизни в этом мире. Естествознание открывает нам смысловое единство природы, а искусство, как замечает Гейзенберг, побуждает нас к прояснению смысла нашего существования. Наука и искусство ставят человека перед невероятным многообразием явлений. Наука стремится понять все существующее, в том числе и жизнь, с единой точки зрения. В искусстве можно наблюдать стремление найти такое миропонимание, которое было бы общим для всех людей на Земле.

В книге «Физика и философия» Гейзенберг указывает на существование четырех замкнутых систем, каждая из которых описывает определенную область явлений природы. Первая система – механика Ньютона, включающая статику, акустику, аэродинамику, небесную механику и т. д. Вторая система – теория теплоты, а третья система выведена из электрических и магнитных явлений. Четвертая система – квантовая теория, охватывающая квантовую механику, теорию атомных спектров, химию, теорию проводимости и т. д.

Классическая физика может рассматриваться как идеализация, при которой мы говорим о мире как о чем-то полностью от нас самих не зависящем. Первая из этих систем вполне соответствует понятию «априори» кантовской философии. В четвертой системе понятий, в квантовой теории, человек выступает как субъект науки – благодаря тем вопросам, которые ставятся перед природой и которые должны быть сформулированы в априорных понятиях человеческого естествознания [3, с.61].

Характеризуя черты замкнутых  систем, Гейзенберг указывает, что каждой системе понятий отвечает математическое представление и что система  должна быть пригодной для описания широкой области опыта, причем границы  применимости понятий должны определяться эмпирически. Все введенные Гейзенбергом «замкнутые системы» понятий соответствуют тому, что формы движения материи качественно отличаются друг от друга. Из соотношения между «системами понятий» особый интерес представляет следующее высказывание: « Первая система содержится в третьей и четвертой как их предельный случай, и вместе с тем первая и отчасти третья необходимы для четвертой как априорное основание для описания экспериментов» [3, с.56]. Идея этого высказывания проходит в через все содержание книги «Физика и философия».

Теория относительности  и квантовая механика также являются замкнутыми теориями, которые опираются на свои принципы и построены как замкнутая теория исследования элементарных частиц.

2. Классическая физика

Классическая физика основывалась на предположении – или, можно сказать, на иллюзии, – что можно описать мир или, по меньшей мере, часть мира, не говоря о нас самих [3, с.26].

Классическая физика может рассматриваться как идеализация, при которой мы говорим о мире как о чем-то полностью от нас самих не зависящем [3, с.61].

Классическая физика дает именно идеализацию мира, с помощью которой можно говорить о мире или о его части, при этом, не принимая во внимание нас самих. Ее успех привел к всеобщему идеалу объективного описания мира. Давно уже объективность является высшим критерием ценности научных открытий. Квантовая теория соответствует этому идеалу копенгагенской интерпретации квантовой теории. Конечно, квантовая теория не содержит никаких действительно субъективных черт, и она вовсе не рассматривает разум или сознание физика как часть атомного события. Но она начинает с разделения мира на объекты и остальной мир и с условия, что этот остальной мир описывается в понятиях классической физики [3, с.26].

В какой-то момент Гейзенберг отказывается от принципа причинности  и от объективности вообще. Он «уточняет» дело небольшой оговоркой, согласно которой объективные процессы оказываются  совершающимися в пространстве и  времени нашего восприятия. Круг замкнулся: физические процессы снова оказались запертыми в рамки человеческих восприятий, то есть перестали быть объективными.

Гейзенберг писал, что  в квантовой теории все классические понятия, когда их применяют к атому, определены столь же расплывчато, как и понятие «температура атома», – они связаны со статистическими ожиданиями, только в редких случаях статистические ожидания могут почти граничить с достоверностью. Снова это подобно тому, как в классической теории теплоты затруднительно называть объективным статистическое ожидание. Можно было бы назвать его объективной тенденцией, «потенцией» в смысле философии Аристотеля. На самом деле я полагаю, что язык, употребляемый физиками, когда они говорят об атомных процессах, вызывает в их мышлении такие же представления, что и понятие «потенция». Так физики постепенно действительно привыкают рассматривать траектории электронов и подобные понятия не как реальность, а скорее как разновидность «потенций». Язык в определенной степени, уже приспособился к действительному положению вещей. Но он не является настолько точным языком, чтобы его можно было использовать для нормальных процессов логического вывода, этот язык вызывает в нашем мышлении образы, а одновременно с ними и чувство, что эти образы обладают недостаточно отчетливой связью с реальностью, что они отображают только тенденции стать действительностью [3.c.113].

Размышляя о вопросах классической логики, Гейзенберг предполагал, что, поскольку некоторое утверждение вообще имеет какой-либо смысл, то или это утверждение, или отрицание утверждения должны быть истинными. Может случиться, что мы не знаем, правильно ли утверждение или его отрицание, но «в действительности» истинно только одно из них [3.c.114].

По  Гейзенбергу, квантовая физика не может обойтись без классических понятий, а соотношение неопределенностей только устанавливает границы для непротиворечивого их применения. Откуда Гейзенберг указывает на понятие бесконечности в математике, которое ведет к противоречиям и без которого, однако, практически невозможно построить важнейшие разделы этой науки.

Законы классической физики построены таким образом, что если заданы начальные значения динамических переменных системы, то для любого более позднего момента времени можно вычислить их точные значения. Эти законы не просто были выведены только из эксперимента, а затем получили общее признание как основа научной философии и вообще мышления.

Классическая физика описывает объективную реальность, которая находится «вне нас», которая существует независимо от нас и эволюционирует согласно тем или иным детерминистским законам. Простые объекты, сцепляясь друг с другом, образуют более сложные. Наши тело и мозг тоже являются частью этого мира и, следовательно, также подчинены детерминистским законам вопреки нашим представлениям о свободе воли.

3. Делима ли материя?

Материя – объективная реальность, данная человеку в его ощущениях, которые копируются, отображаются нашими ощущениями и существуют независимо от них. Нас окружает множество предметов, процессов, свойств и отношений. Некоторые свойства и состояния вещей во всех превращениях сохраняются.

Наряду с понятием материи  возникает вопрос: Делима материя  или нет? На этот вопрос пытались ответить многие философы, физики и даже химики. Для многих из них этот вопрос так  и остался догадкой или может  просто предположением.

Как пишет Гейзенберг, материя состоит не только из заполненного, но и из пустого пространства, в котором движутся атомы [3, c.32]. Существование проблемы пустого пространства и результаты ее решения, были зафиксированы философами в истории научной и философской мысли.

Гейзенберг подчеркивает коренное отличие атомистического учения Демокрита от атомистического учения Платона. Атомы Демокрита имеют наглядную телесную форму, атомы Платона – наглядную геометрическую форму. Но и те и другие составляют основание видимого материального мира в качестве неделимых элементов. Представление о радикальном различии и даже противоположности между концепциями Демокрита и Платона возникает при философском подходе к их учениям. Указывая на радикальное различие между концепциями Демокрита и Платона, он имеет в виду их философские учения.

Кинематики и делает возможным порядок и движение атомов. До сих пор возможность пустого пространства осталась нерешенной проблемой. В общей теории относительности Эйнштейна показано, что геометрия и материя взаимно обусловливают друг друга. Такой ответ соответствует взгляду, представляемому во многих философских системах и заключающемуся в том, что пространство определяется протяженной материей [3, c.33].

Гейзенберг писал, что понятия «субстанция» и «материя» в античной или средневековой философии нельзя просто отождествлять с понятием «масса» в современной физике. Если наши современные знания выразить на языке более старых философских систем, то можно было бы массу и энергию рассматривать в качестве двух различных форм одной и той же субстанции и, таким образом, сохранить представление о неуничтожимости субстанции [3, c.70].

В отождествлении двух подходов к  научно-познавательным процессам Гейзенберг следует традиционным воззрениям, в  которых методология науки не выделяется в особую область исследования, оставаясь полностью в системе  философской проблематики.

Основная проблема, связанная с  познанием структуры материи, заключается в поисках ее элементов, а затем и их связей. А заключается эта проблема в вопросе: Как именно делится материя, неограниченно или имеется предел ее делимости? В истории философской мысли проблема дискретного и континуального была осмыслена Кантом, который придал ей форму антиномии, указав тем самым на ее глубокий диалектический характер.

Гейзенберг замечает, что в современной  теории тепловых явлений атомы представляются точечными, то есть неделимыми массами. Атомы химиков делимы, но еще недавно считалось, что электрон, протон и нейтрон, составляющие атом, являются подлинно неделимыми частицами. Однако новые данные физики элементарных частиц призывают к новому мышлению о том, что каждая частица состоит из всех известных частиц.

Понятие «материи» на протяжении истории человеческого мышления неоднократно претерпевало изменения. Многие философы данное понятие интерпретировали по-разному. Когда мы употребляем слово «материя», то надо иметь в виду различные значения, которые придавались понятию «материя» и в некоторой степени сохранились в современной науке.

Гейзенберг утверждал, что материя является реальностью не сама по себе, а представляет собой только возможность, «потенцию», она существует лишь благодаря форме [3, c.89]. Вся материя состоит из атомов и построена из этих трех основных основаниях. Это еще, конечно, не означает единства материи, но означает важный шаг в направлении этого единства и, что было, пожалуй, еще важнее, означает существенное упрощение [3, c.96]. С какой-то стороны материя является первичной реальностью. Все в мире есть материя, но тем не менее мы не можем вывести все из законов механики и т. д.

4. Развитие современной физики

Физика – область естествознания. Наука, изучающая наиболее общие и фундаментальные закономерности, определяющие структуру и эволюцию материального мира. Законы физики лежат в основе всего естествознания. В современном мире значение физики чрезвычайно велико. Всё то, чем отличается современное общество от общества прошлых веков, появилось в результате применения на практике физических открытий. Так, исследования в области электромагнетизма привели к появлению телефонов и позже мобильных телефонов, открытия в термодинамике позволили создать автомобиль, развитие электроники привело к появлению компьютеров.

Физическое понимание процессов, происходящих в природе, постоянно развивается. Большинство новых открытий вскоре получают применение в технике и промышленности. Однако новые исследования постоянно поднимают новые загадки и обнаруживают явления, для объяснения которых требуются новые физические теории. Несмотря на огромный объём накопленных знаний, современная физика ещё очень далека от того, чтобы объяснить все явления природы.

Общенаучные основы физических методов разрабатываются в теории познания и методологии науки. Гейзенберг в рамках своей концепции вполне логично видит перспективы развития физики по пути платоновских идей, имея в виду, что элементарные частицы современной физики представляются посредством абстрактно-математической теории групп, теории симметрии. Согласно теоретическим построениям современной физики, конечные элементы материального мира – это вполне определенные математические формы, абстрактные симметрии, подобно тому, как у Платона такими неразложимыми элементами были геометрические фигуры. Иначе говоря, Гейзенберг настаивает на необходимости поисков таких математических форм, которые позволили бы объединить многообразие частиц и различные типы взаимодействий в единую структурную картину фундамента материи.

По его мнению, физик должен предполагать в своей науке, что он изучает мир, который создал не он сам и который существовал бы также и без него и в основном точно таким же. [3, с.87].

Критика Гейзенберга направлена не на претензии исчерпать познание природы, а на возможность познания вообще. Он отрицает то положение, что с каждым новым шагом наука все глубже и глубже проникает в сущность вещей, расширяет и углубляет наше понимание явлений природы. По его мнению, развитие науки ведет ко все большему и большему уменьшению «объяснения природы» и к замене объяснения описанием.

Представление об атоме (неделимом) сводилось к тому, что материя состояла не только из заполненного, но и из пустого, а именно из пустого пространства, в котором движутся атомы.

Гейзенберг писал, что « …логическое обоснование возражения Парменида против пустого пространства, против того, что небытие не может существовать, просто игнорировалось на основании опыта. С точки зрения современной науки мы бы сказали, что пустое пространство между атомами Демокрита – это не ничто; оно является носителем геометрии и кинематики и делает возможным порядок и движение атомов. До сих пор возможность пустого пространства осталась нерешенной проблемой» [3, с.32].

Стремление объяснить цвета, запахи, твердость, тяжесть и т. п. привело в атомистической теории к представлению об атомах, как о частицах, уже не обладающих такими чувственно воспринимаемыми свойствами, как цвет, запах, твердость, тяжесть и т. п. Считалось, что атомы обладают только различной формой, движением и положением. Таким образом, по Гейзенбергу, «качественное многообразие мира «объясняется»  посредством  сведения  к разнообразию геометрических  конфигураций».  Это, по  его выражению, уже не «непосредственное», а «аналитическое» понимание природы; само слово «объясняется» он заключает в кавычки, подчеркивая тем самым, что сами попытки объяснять несостоятельны по существу.

С философской точки зрения несостоятельная  попытка Гейзенберга представить субъективистские воззрения современных «физических» идеалистов продолжением идей научной атомистики основана на извращении действительного соотношения общего и частного, абстрактного и конкретного. Прогресс в познании природы и, наконец, математическая формулировка законов природы открывали путь для нового применения этого знания в технике. Так, например, открытие телескопа дало возможность астрономам точнее измерять движение звезд в сравнении с тем, как это было прежде. Благодаря этому были достигнуты успехи в астрономии и в небесной механике.

С другой стороны, точное знание механических законов имело большое значение для совершенствования механических приборов, для создания машин, преобразующих энергию, и т. д. Победное шествие этой связи естествознания и техники началось с того момента, когда научились ставить на службу человеку некоторые силы природы. Например, энергия, которая содержится в угле, оказалась способной производить ряд работ, которые прежде должны были выполняться самими людьми. Отрасли промышленности, которые развились на базе этих новых возможностей, можно рассматривать прежде всего как естественное продолжение и развитие древнего ремесла. Во многих случаях действия машины подобны действиям, которые присущи старому ручному труду, и работы на химических фабриках могут рассматриваться как продолжение работы в красильнях и аптеках старого времени. Но позднее были созданы совершенно новые отрасли промышленности, например электротехника, которая не имела никакого сходства с ремеслом. Проникновение естествознания в более отдаленные области природы дало возможность инженерам использовать силы природы, которые прежде были почти неизвестны. А точное знание этих сил в виде математически сформулированных законов природы, которым подчиняются эти силы, образовало прочную основу для создания разнообразных машин [1].

Громадный успех, обусловленный связью естествознания и техники, привел к большому перевесу тех наций, государств и обществ, которые стояли на почве технической цивилизации. Естественным следствием был факт, что интерес к естествознанию и технике в настоящее время подхвачен и другими нациями, которые по своим традициям не имели склонности к естествознанию или технике. Наконец, современные средства сообщения и связи завершили процесс распространения технической цивилизации. Этот процесс изменил до основания жизненные условия на Земле, и одобряют его или нет, признают его успехи или его опасность, со всей определенностью надо подчеркнуть, что он давно перерос контроль со стороны человека. Его можно скорее рассматривать как биологический процесс, при котором структуры, действующие в человеческом организме, переносятся во все большем объеме на окружающую людей среду, и эта среда приводится в состояние, которое соответствует увеличивающемуся населению Земли [1].

Главной целью атомной теории, по утверждению Гейзенберга, заключается в стремлении свести мир к одному "первоначальному веществу"[1].

В словах Гейзенберга содержится информация о физических данных и их определенная интерпретация философского характера. Понятие материи является неопределенным и утрачивает даже то содержание, которое первоначально неявно предполагалось. А именно – материя понималась как вещество, как субстрат элементарных частиц, из которых построены атомы обычных тел. Понятие материи можно определить как сокращение, в котором мы охватываем их общим свойствам множество различных чувственно воспринимаемых вещей. Поскольку микрообъекты предстают перед нами как абстрактные образы, в которых понятие материи охватывает эти образы, объединяя в себе все то общее, что мы считаем присущим им.

При исследовании картины природы Гейзенберг замечает, что материю считали «чем-то пребывающим в изменении явлений». Понятие материи в разные исторические эпохи по-разному схватывает это постоянное в изменениях и тем самым каждый раз по-своему обеспечивает условие теоретизации нашего знания. Атомы Демокрита дали нам исторически первый образ этого постоянного – они вечны и неизменны.

Когда Гейзенберг говорит, что все  элементарные частицы как бы изготовлены из одного материала, то тем самым он и указывает на фундаментальный признак понятия материи. Сам этот материал, как полагает Гейзенберг, и можно назвать материей. Гейзенберг отмечает существенный признак этого понятия, но говорит, что-то общее, что лежит в основе всех превращений, можно назвать не только материей, но еще и энергией. Тем самым Гейзенберг указывает на самое существенное в содержании понятия материи, а именно на ее постоянство при всех превращениях, ибо то же самое можно сказать и об энергии.

Энергия – понятие физическое, материя – понятие философское. Здесь, в области физики, на почве  теоретического познания они соприкасаются  настолько, что возникает соблазн полностью отождествить их и тем самым устранить одно из них как излишнее в научном языке. Из методологической концепции Платона можно утверждать, что он склонен заменить понятие материи понятием энергии. Но такая трактовка позиции Гейзенберга в его отношении и понятию материи была бы неточной. Если рассмотреть его концепцию в целом, то увидим, что глубокое осмысление всего хода научного познания, которое представлено в книге «Шаги за горизонт», вынуждает Гейзенберга не отменять, но углублять понятие материи. Это осмысление, проведенное Гейзенбергом с такой основательностью, не позволяет развернуться указанному предубеждению в ошибочную позицию. «...Те составные части материи, которые мы первоначально считали последней объективной реальностью, вообще нельзя рассматривать сами по себе» [2, с.300] .

Объектом исследования современной  науки оказывается объективная реальность и само знание о ней, поскольку оно является средством постижения мира. Утверждение об объективном существовании тех вещей, которые составляют результат исследования, оказывается само по себе серьезной проблемой. Развитие математического формализма квантовой теории, а затем и физики элементарных частиц неизбежно привело к выявлению и математической формулировке специфических инвариантов соответствующих преобразований, которые и позволяют нам говорить, что микрофизика посредством рефлексивного отношения к своему исследованию нашла новые критерии объективности. Особенности микропроцессов таковы, что при их исследовании возникла не только проблема действительного существования этих объектов, но и проблема возможности их существования.

Понятие материи предполагает не только необходимость поисков общего и  сохраняющегося, устойчивого в исследуемых  объектах, не только решение проблемы взаимоотношения человека и средств  его познавательной деятельности к миру природы, но, оказывается, включает в себя еще и категорию возможности. Гейзенберг указывает на неизбежность и необходимость обращения к категории возможности для более глубокого осмысления данных современной физики.

5. «Копенгагенская интерпретация»

Копенгагенская интерпретация  начинается, по словам Гейзенберга, с  парадокса: принимается, что атомные явления должны описываться в понятиях классической  физики, и одновременно признается, что эти понятия не приспособлены точно к природе и их применяемость ограничена соотношением неопределенностей [3, с.19].

В классической физике в процессе точного исследования и наблюдения также учитываются и ошибки. В результате этого получают распределение вероятностей для начальных значений координат и скоростей, и это имеет некоторое сходство с функцией вероятности квантовой механики. Однако специфическая неточность, обусловленная соотношением неопределенностей, в классической физике отсутствует [3, с.20].

Далее Гейзенберг разъясняет идею дополнительности: корпускулярная и волновая картины  поведения атомных объектов взаимоисключают  одна другую, ибо определенная вещь не может быть одновременно частицей (то есть субстанцией, ограниченной очень малым объемом) и волной (то есть полем, простирающимся в пространстве большого размера). Но обе картины дополняют друг друга; если использовать обе картины, то в конце концов получится правильное представление о том виде реальности, который таится в наших атомных экспериментах [3, с.22]. Таким образом, копенгагенская интерпретация нашла выражение в открытии противоположных корпускулярных и волновых свойств атомных объектов.