РЕФЕРАТ
по дисциплине
«Концепции современного естествознания»
на тему: «Принципы
симметрии»
Содержание
1. Понятие симметрии
2. Калибровочные
симметрии
3.Симметрия пространства
– времени и законы сохранения
4.Симметрия и
асимметрия живого
5.Нарушение симметрии
как источник самоорганизации
6. Асимметрия
и жизнь
Список используемой
литературы
1. Понятие симметрии
Одним из важных
открытий современного естествознания
является тот факт, что все многообразие
окружающего нас физического
мира связано с тем или иным
нарушением определенных видов симметрий.
Чтобы это утверждение стало
более понятным, рассмотрим подробнее
понятие симметрии. «Симметричное
обозначает нечто, обладающее хорошим
соотношением пропорций, а симметрия
– тот вид согласованности
отдельных частей, который объединяет
их в целое. Красота тесно связана
с симметрией», - писал Г. Вейль
в своей книге «Этюды о симметрии».[1]
Он ссылается при этом не только
на пространственные соотношения, т.е.
геометрическую симметрию. Разновидностью
симметрии он считает гармонию в
музыке, указывающую на акустические
приложения симметрии.
Зеркальная симметрия
в геометрии относится к операциям
отражения или вращения. Она достаточно
широко встречается в природе. Наибольшей
симметрией в природе обладают кристаллы
(например, симметрия снежинок, природных
кристаллов), однако не у всех из них
наблюдается зеркальная симметрия.
Известны так называемые оптически
активные кристаллы, которые поворачивают
плоскость поляризации падающего
на них света. В общем случае симметрия
выражает степень упорядоченности
какой-либо системы или объекта.
Например, круг более упорядочен и,
следовательно, симметричен, чем квадрат.
В свою очередь, квадрат более
симметричен, чем прямоугольник. Другими
словами, симметрия – это неизменность
(инвариантность) каких-либо свойств
и характеристик объекта по отношению
к каким-либо преобразованиям (операциям)
над ним. Например, окружность симметрична
относительно любой прямой (оси симметрии),
лежащей в ее плоскости и проходящей
через центр, она симметрична
и относительно центра. Операциями
симметрии в данном случае будут
зеркальное отражение относительно
оси и вращение относительно центра
окружности.
В широком смысле
симметрия – это понятие, отображающее
существующий в объективной действительности
порядок, определенное равновесное
состояние, относительную устойчивость,
пропорциональность и соразмерность
между частями целого. Противоположным
понятием является понятие асимметрии,
которое отражает существующее в
объективном мире нарушение порядка,
равновесия, относительной устойчивости,
пропорциональности и соразмерности
между отдельными частями целого,
связанное с изменением, развитием
и организационной перестройкой.
Уже отсюда следует, что асимметрия
может рассматриваться как источник
развития, эволюции, образования нового.
Симметрия может быть не только геометрической.
Различают геометрическую и динамическую
формы симметрии (и, соответственно,
асимметрии). К геометрической форме
симметрии (внешние симметрии) относятся
свойства пространства – времени, такие
как однородность пространства и
времени, изотропность пространства, эквивалентность
инерциальных систем отсчета и т.д.
К динамической
форме относятся симметрии, выражающие
свойства физических взаимодействий,
например, симметрии электрического
заряда, симметрии спина и т.п.
(внутренние симметрии). Современная
физика, однако, раскрывает возможность
сведения всех симметрий к геометрическим
симметриям.
2. Калибровочные
симметрии
Важным понятием
в современной физике является понятие
калибровочной симметрии. Калибровочные
симметрии связаны с инвариантностью
относительно масштабных преобразований.
Сам термин «калибровка» происходит
из жаргона железнодорожников, где
он означает переход с узкой колеи
на широкую. Под калибровкой, таким образом,
первоначально понималось именно изменение
уровня или масштаба. Так в СТО физические
законы не изменяются относительно переноса
(сдвига) системы координат. Траектории
движения остаются прямолинейными, пространственный
сдвиг остается одинаковым у всех точек
пространства. Таким образом, здесь работают
глобальные калибровочные преобразования.
Формы симметрии
являются одновременно и формами
асимметрии. Так геометрические асимметрии
выражают неоднородность пространства
– времени, анизотропность пространства
и т.д. Динамические асимметрии проявляются
в различиях между протонами
и нейтронами в электромагнитных
взаимодействиях, различие между частицами
и античастицами (по электрическому,
барионному зарядам) и т.д. [3].
3. Симметрия
пространства – времени и законы
сохранения
Одной из важнейших
особенностей геометрических симметрий
является их связь с законами сохранения.
Значение законов сохранения (законы
сохранения импульса, энергии, заряда
и др.) для науки трудно переоценить.
Дело в том, что понятие симметрии
применимо к любому объекту, в
том числе и к физическому
закону.
Вспомним, что
согласно принципу относительности
Эйнштейна, все физические законы имеют
одинаковый вид в любых инерциальных
системах отсчета. Это означает, что
они симметричны (инвариантны) относительно
перехода от одной инерциальной системы
к другой.
Теорема Нетер.
Наиболее общий подход к взаимосвязи
симметрий и законов сохранения
содержится в знаменитой теореме
Э. Нетер. В 1918 г., работая в составе
группы по проблемам теории относительности,
доказала теорему, упрощенная формулировка
которой гласит: если свойства системы
не меняются относительно какого-либо
преобразования переменных, то этому соответствует
некоторый закон сохранения.
Рассмотрим переходы
от одной инерциальной системы к
другой. Поскольку есть разные способы
таких переходов, то, следовательно,
есть различные виды симметрии, каждому
из которых, согласно теореме Нетер,
должен соответствовать закон сохранения.
Переход от одной
инерциальной системы (ИСО) к другой
можно осуществлять следующими преобразованиями:
1. Сдвиг начала
координат. Это связано с физической
эквивалентностью всех точек
пространства, т.е. с его однородностью.
В этом случае говорят о
симметрии относительно переносов
в пространстве.
2. Поворот тройки
осей координат. Эта возможность
обусловлена одинаковостью свойств
пространства во всех направлениях, т.е.
изотропностью пространства и соответствует
симметрии относительно поворотов.
3. Сдвиг начала
отсчета по времени, соответствующий
симметрии относительно переноса
по времени. Этот вид симметрии
связан с физической эквивалентностью
различных моментов времени и
однородностью времени, т.е. его
равномерным течением во всех
инерциальных системах –отсчета.
Смысл эквивалентности различных моментов
времени заключается в том, что все физические
явления протекают независимо от времени
их начала (при прочих равных условиях).
4. Равномерное
прямолинейное движение начала
отсчета со скоростью V, т.е.
переход от покоящейся системы
к системе, движущейся равномерно
и прямолинейно.
Это возможно, т.к.
такие системы эквивалентны. Такую
симметрию условно называют изотропностью
пространства-времени. Переход же осуществляется
с помощью преобразований Галилея
или преобразований Лоренца. (Важно
отметить, что физические законы не являются
симметричными относительно вращающихся
систем отсчета. Вращение замкнутой системы
отсчета можно обнаружить по действию
центробежных сил, изменения плоскости
качания маятника и др. Кроме того, физические
законы не являются симметричными и относительно
масштабных преобразований систем – т.н.
преобразований подобия. Поэтому законы
макромира нельзя автоматически переносить
на микромир и мегамир.)
Описанные выше
4 вида симметрии являются универсальными.
Это означает, что все законы природы
относительно них инвариантны с
большой степенью точности, а соответствующие
им законы являются фундаментальными.
К этим законам относятся соответственно:
1. Закон сохранения
импульса как следствие однородности
пространства.
2. Закон сохранения
момента импульса как следствие
изотропности пространства.
3. Закон сохранения
энергии как следствие однородности
времени.
4. Закон сохранения
скорости центра масс (следствие изотропности
пространства-времени).
Как уже было
сказано ранее, описанные виды симметрий
относятся к геометрическим. Связь
с законами сохранения обнаруживают
и динамические симметрии. С динамическими
симметриями связан закон сохранения
электрического заряда (при превращении
элементарных частиц сумма электрических
зарядов частиц остается неизменной),
закон сохранения лептонного заряда
(при превращении элементарных частиц
сумма разность числа пептонов и
антилептонов не меняется) и т.д.
Так закон сохранения
электрического заряда вытекает из электромагнитной
калибровочной симметрии. Ее суть состоит
в том, что при масштабных преобразованиях
силовые характеристики электромагнитного
поля (напряженность электрического
поля и индукция магнитного поля B остаются
неизменными. Из этого закона вытекает,
в частности, устойчивость электрона
– самой мелкой фундаментальной
заряженной частицы, способной существовать
в свободном состоянии.
При рассмотрении
действия тех или иных фундаментальных
законов не следует забывать, что
каждому виду симметрии соответствует
своя асимметрия.
Асимметричные
условия исключают наличие резкой
грани между законами и условиями
их действия. Поэтому содержание законов
всегда должно включать определенные
моменты асимметричных условий.
4. Симметрия
и асимметрия живого
Мелкие организмы,
взвешенные в воде, имеют почти
шарообразную форму. У организмов, живущих
в морских глубинах и подверженных
высокому давлению воды, уже иная симметрия:
у них вращательная способность
свелась к отдельным поворотам
вокруг некоторой оси. Филогенетическая
эволюция стремилась вызывать наследственное
различие между правым и левым, однако
ее действие сдерживалось теми преимуществами,
которое животное извлекало из зеркально-симметричного
расположения своих органов. Этим, по-видимому,
можно объяснить, почему наши конечности
более подчиняются симметрии, чем
наши внутренние органы. Так, расположение
сердца и закручивание кишечника
человека почти всегда левостороннее.
Современное естествознание
пришло еще к одному важному открытию,
связанному с симметрией и касающемуся
отличия живого от неживого. Дело в
том, что «живые» молекулы, т.е. молекулы
органических веществ, составляющих живые
организмы и полученные в ходе
жизнедеятельности, отличаются от «неживых»,
т.е. полученных искусственно, отличаются
зеркальной симметрией. Неживые молекулы
могут быть как зеркально симметричны,
так и зеркально асимметричны,
как, например, левая и правая перчатка.
Это свойства зеркальной асимметрии
молекул называется киральностью, или
хиральностью. Неживые киральные
морекулы встречаются в природе
как в «левом» так и в
«правом» варианте, т.е. они кирально
нечистые. «Живые» молекулы могут
быть только одной ориентации –
«левой» или «правой», т.е. здесь
говорят о киральной чистоте
живого. Например, молекула ДНК, как
известно, имеет вид спирали, и
эта спираль всегда правая. У глюкозы,
образующейся в организме – правовращающая
форма, у фруктозы – левовращающая.
Следовательно,
важнейшая способность живых
организмов - создавать кирально чистые
молекулы. По современным представлениям
именно киральность молекул определяет
биохимическую границу между
живым и неживым.
5. Нарушение
симметрии как источник самоорганизации
Взаимосвязь симметрии
и асимметрии рассматривается современной
наукой в различных аспектах, охватывающих
саморазвитие материи на всех ее структурных
уровнях. Так современное синергетическое
видение эволюции Вселенной основано
на идее о т.н. спонтанном нарушении
симметрии исходного вакуума. Под
исходным вакуумом понимают состояние
материи до Большого Взрыва, когда
вся материя была представлена физическим
вакуумом. В настоящее время считается,
что истинный физический вакуум –
это состояние материи с наименьшей
энергией. Идея спонтанного нарушения
симметрии исходного вакуума
означает отход от общепринятого
представления о вакууме как
о состоянии, в котором значение
энергии всех физических полей равно
нулю. Здесь признается возможность
существования состояний с наименьшей
энергией при отличном от нуля значении
некоторых физических полей и
возникает представление о существовании
вакуумных конденсатов – состояний
с отличным от нуля средним значением
энергии. Спонтанное нарушение симметрии
означает, что при определенных макроусловиях
фундаментальные симметрии оказываются
в состоянии неустойчивости, а
платой за устойчивое состояние является
асимметричность вакуума. (Для такого
вакуума введен термин «ложный вакуум»).
В качестве одного
из наиболее вероятных сценариев
эволюции Вселенной, рассмотренный
нами ранее, включает инфляционную стадию
(раздувание) от «ложного вакуума» –
вакуума, обладающего огромной энергией.
Такой вакуум обладает стремление к
гравитационному отталкиванию, обеспечивающему
его расширение.
«Ложный» вакуум
представляет собой симметричное, но
энергетически невыгодное, а следовательно,
нестабильное состояние. В свете
инфляционной теории эволюция Вселенной
предстает как синергетический
самоорганизующийся процесс. Если считать
Вселенную замкнутой системой, то
процессы самоорганизации могут
быть рассмотрены как взаимодействие
двух открытых подсистем – физического
вакуума и всевозможных микрочастиц
и квантов полей. Согласно этой теории
в процессе расширения из «суперсимметричного»
состояния Вселенная разогрелась
до температуры, соответствующей Большому
Взрыву. Дальнейшее ее развитие по мере
падения температуры пролегало
через критические точки бифуркации
(ветвления), в которых происходили
спонтанные нарушения симметрий
исходного вакуума. Схематично этот
процесс представляется в следующем,
упрощенном виде:
1-я бифуркация:
нарушение симметрии (тождества)
между бозонами и фермионами
привело к разделению материи
на вещество и поле;
2-я бифуркация:
нарушение тождества между кварками
и лептонами; симметрия Вселенной
нарушается до симметрии, отвечающей
сильным взаимодействиям и симметрии,
отвечающей электрослабым взаимодействиям;
нарушается также симметрия между
веществом и антивеществом: частиц
вещества рождается больше, и
вся наша Вселенная оказывается
построенной из вещества;
3-я бифуркация:
спонтанное нарушение симметрии
электрослабого взаимодействия, что
обнаруживается нами в виде
различия между электромагнитным
и слабым взаимодействием.
4-я бифуркация:
возникают протоны и нейтроны.
Дальнейшая эволюция
Вселенной приводит к возникновению
водорода, гелия, ионизованного газа,
звезд, галактик и т.д.
Спонтанное нарушение
симметрии вакуума выражается в
том, что он отдает энергию на рождение
микрообъектов, на приобретение их масс
и зарядов, вследстве чего плотность
энергии вакуума уменьшается.
Важным здесь
является и то, что ход этой эволюции,
выбор пути развития в моменты
бифуркаций оказался именно таким, что
в результате появилась именно такая
Вселенная, какую мы наблюдаем, т.е.
Вселенная, в которой оказалась
возможной жизнь нашего типа и
появление самого наблюдателя (т.н.
антропный принцип).
6. Асимметрия
и жизнь
Асимметрия и
жизнь. Открытие киральной чистоты
молекул биогенного происхождения
проливает новый свет на возникновение
жизни на Земле, которое могло
быть вызвано спонтанным нарушением
существующей до того зеркальной симметрии.
Факторами возникновения асимметрии
могли быть радиация, температура, давление,
воздействие электромагнитных полей
и др. Возможно, что жизнь на Земле
зародилась в виде структур, схожих
с генами современных организмов.
Это мог быть акт самоорганизации
материи в виде скачка, а не постепенной
эволюции. В связи с этим говорят
о Большом Биологическом Взрыве.
Исследования
показывают, что в ходе развития
жизни асимметрия все больше и
больше вытесняет симметрию из биологических
и химических процессов. Внешне симметричные
полушария головного мозга различаются
по своим функциям. Явно асимметричным
признаком является разделение полов
– достаточно «позднее приобретение»
эволюции, причем каждый пол вносит
в процесс воспроизведения свою
генетическую информацию. Симметрия
и асимметрия живого проявляются
и в важнейших факторах эволюции.
Так в устойчивости видов (наследственность)
проявляется симметрия, а в их
изменчивости – асимметрия.
Список используемой
литературы
1. Грядовой
Д.И. Концепции современного естествознания.
Структурный курс основ естествознания.
– М.: Учпедгиз, 1999.
2. Дубнищева
Т.Я. Концепции современного естествознания.
– Новосибирск: ЮКЭА, 1997.
3. Концепции
современного естествознания./ под
ред. проф. С.А. Самыгина, 3-е изд.
– Ростов н/Д: «Феникс», 2002.
4. Найдыш
В.М. Концепции современного естествознания.-
М.: АЛЬФА-М, ИНФРА-М.-2003
[1] Концепции
современного естествознания./ под
ред. проф. С.А. Самыгина, 3-е изд.
– Ростов н/Д: «Феникс», 2002.-стр.
46
ДОПОЛНИТЕЛЬНОСТИ
ПРИНЦИП
Перевод
ДОПОЛНИТЕЛЬНОСТИ
ПРИНЦИП
методологич. принцип,
выдвинутый дат. физиком Н. Бором
в связи с интерпретацией квантовой
механики. Он формулируется так: в
процессе познания для воспроизведения
целостности объекта необходимо
применять взаимоисключающие, "дополнительные"
классы понятий, каждый из к-рых применим
в своих особых условиях. Д. п. часто
отождествлялся с соотношением неопределенности
Гейзенберга. Такое рассмотрение имело,
напр., основание в том, что при
определенности координаты микрочастицы
имеет место неопределенность импульса,
и наоборот. Тем самым открывалась
возможность использовать эти две
характеристики микрообъекта как взаимоисключающие.
Однако содержание Д. п. значительно
шире, и к этому принципу Бор
подошел независимо от соотношения
неопределенностей еще на ранних
этапах развития квантовой физики.
Для объяснения устойчивости атомов
и особенностей их излучения Бор
ввел свои известные постулаты. Благодаря
им удалось непоследовательно соединить
в одной модели классич. и квантовые
представления о движении электрона.
Но применение классич. представлений
к области малых квантовых
чисел (типично квантовым явлениям)
не давало адекватных результатов. Необходимо
было философски осмыслить данную ситуацию.
Бор выдвигает идею новой формы
связи классических и квантовых
понятий. Новая идея, получившая в
дальнейшем название "дополнительности",
устанавливала эту связь, механически
перенося старые понятия на новую
область, в результате чего классические
понятия "дополнялись" квантовыми.
В последующем развитии квантовой
теории возникли, казалось, непреодолимые
гносеологические трудности (о физической
природе микрочастиц, о возможности
соединения в одной картине их
взаимоисключающих сторон). Одной
из попыток разрешения этих трудностей
и явилась детальная разработка
Бором Д. п. Свое название "Complementarity"
эта идея получила в период формулировки
основных принципов квантовой механики.
Осенью 1927 на международном конгрессе
физиков в Комо (Швейцария) Бор
говорил, что "при описании атомных
явлений квантовый постулат выдвигает
перед нами задачу развития некоторой
теорий „дополнительности“" ("Atomic
theory and the description of nature", Camb., 1934, p. 55). Ее
осн. требование – необходимость
применения взаимоисключающих неадекватных
(классич.) понятий в виде "дополнительных
пар" для анализа противоречивых
свойств квантовых объектов. Бор
указывал в докладе "Свет и жизнь"
(1932): "Пространственная непрерывность
нашей картины распространения
света и атомизм световых эффектов
являются дополнительными аспектами
в. том смысле, что они одинаково
объясняют важные черты световых
явлений, которые никогда не могут
быть приведены в непосредственное
противоречие друг с другом, так
как их глубокий анализ в терминах
механики требует взаимоисключающих
экспериментальных устройств" ("Atomic
physics and human knowledge", ?. ?., [1958], p. 5). Правильно
вскрывая противоречивую природу света,
противоположность волновых и корпускулярных
свойств, Бор, однако, не видел возможности
их внутреннего единства и выдвинул
мысль о двух эквивалентных аспектах
описания: л и б о корпускула,
л и б о волна с последующим
в н е ш н и м соположением
обоих аспектов (физич. картины микроявлений),
что и составляет методологич. суть
Д. п. В этом наглядно сказывается
непоследовательность филос. позиции
Бора. В 30–40-х гг. Бор дал позитивистскую
интерпретацию Д. п., выдвинув представление,
что Д. п. служит для того, "чтобы
символизировать фундаментальное
ограничение объективного существования
явления независимо от средств наблюдения"
(там же, р. 7), и выступив с требованием
"радикального пересмотра взглядов
на проблему физической реальности"
("Квантово-механическое описание физической
реальности", в журн.: "Успехи физ.
наук", т. 16, вып. 4, 1936, с. 448). Гейзенберг
усматривает прямую связь Д. п. с
соотношением неопределенностей. Это
приводит его к противопоставлению
категорий пространства и времени
категории причинности: "Пространственно-временное
описание процессов, с одной стороны,
и классический закон причинности – с
другой, представляют дополнительные,
исключающие друг друга черты физических
процессов" ("Физические принципы
квантовой теории", М.–Л., 1932, с. 51). В
последующем Бор придает Д. п. всеобъемлющий
характер, выходящий далеко за пределы
физич. явлений. "Цельность живых организмов
и характеристики людей, обладающих сознанием,
а также и человеческих культур, представляют
черты целостности, отображение которых
требует типично дополнительного способа
описания" ("Квантовая физика и философия",
в журн.: "Успехи физ. наук", т. 67, вып.
1, 1959, с. 42). В работах ряда ученых, разделявших
крайне позитивистские взгляды (П. Иордан,
Ф. Франк, Г. Рейхенбах и др.), Д. п. использовался
для пропаганды "краха причинности",
"свободы воли" электрона и пр. Ошибочно
абсолютизируя роль измерит. прибора,
трактуя ее как "неконтролируемое взаимодействие",
"приготовление субъектом физической
реальности", они не смогли научно объяснить
специфику познания микромира. Невозможность
одноврем. определения координаты и импульса
обусловлена, по их мнению, не противоречивой,
корпускулярно-волновой природой микрообъектов,
а использованием двух взаимоисключающих
классов приборов: одного – для определения
пространственно-временных характеристик,
другого – импульсно-энергетических.
Т.о., специфика процесса познания микроявлений
объясняется ими не особенностями познаваемого
объекта, а, наоборот, его природа рассматривается
как следствие специфики познания. Среди
понятий или ситуаций, требующих "дополнительного
способа описания", указываются, напр.,
такие, как разум и инстинкт, свобода воли
и детерминизм в психологии; понятие и
звуковой фон в лингвистике; механицизм
и витализм в биологии; личная свобода
и социальное равенство в социологии;
правосудие и милосердие в юриспруденции
и др. При конкретном анализе этих противоречий
с позиции Д. п. иногда обнаруживается
внешнее сходство с диалектикой. На этом
основании в зап. лит-ре, в частности в
швейцарском журнале "Dialectika", стало
модным отождествление диалектич. противоположностей
с "дополнительностями" (взаимоисключающими
сторонами познаваемого объекта) и, соответственно,
диалектики с методом "дополнительности".
Это отождествление необоснованно. Д.
п. предполагает механистический разрыв
противоположностей, а затем их внешнее
рядоположение, в то время как для диалектики
характерны не только взаимоисключение,
но и объективная взаимосвязь, взаимопроникновение
противо-положностей. Концепция "дополнительности"
была подвергнута критическому анализу
со стороны ряда советских и зарубежных
ученых: П. Ланжевена, С. И. Вавилова, В.
А. Фока, Луи де Бройля, Д. И. Блохинцева,
М. Э. Омельяновского, И. В. Кузнецова, С.
Г. Суворова, Л. Яноши и др. Этот критический
анализ способствовал расчищению пути
для дальнейшего развития физической
теории. Тем не менее нек-рые рациональные
выводы из методологической концепции
Бора, в к-рой стихийно отразились элементы
диалектики, могут в силу этого оказаться
полезными при разрешении некоторых трудностей
в развитии современной физики, напр. в
построении теории "элементарных"
частиц.
Таким образом,
методологическая роль Д. п. изменяется
с развитием квантовой физики,
его значение уменьшается в ходе
развития физической теории. Концепция,
выдвинутая Бором, сыграла положительную
вспомогательную роль на ранних этапах
построения и интерпретации квантовой
теории. Однако последующая абсолютизация
"дополнительного способа описания"
и неправомерное возведение его
в ранг метода исследования не соответствовали
требованиям адекватного, все более
углубляющегося познания. Рациональный
смысл идеи "дополнительности"
и ее первоначальное значение оказались
утраченными, когда с ней стали
связывать агностицизм, различные
субъективистские взгляды на физическую
реальность, на проблему причинности
и т.п. Но объективное содержание
исследований Бора и выводы, логически
следующие из них, в известной
мере способствовали обогащению научных
представлений о диалектическом
характере процессов природы. Они
показывают необходимость сознательного
применения адекватного метода познания
– аналога диалектических процессов
действительности.
Лит.: Блохинцев
Д. И., Основы квантовой механики, 2 изд.,
М.–Л., 1949; его же, Критика философских
воззрений так называемой "копенгагенской
школы" в физике, в сб.: Философские
вопросы современной физики, М., 1952;
Александров А. Д., Против идеализма
и путаницы в понимании квантовой
механики, "Вестн. ЛГУ", 1949, No 4; Кузнецов
И. В., Вернер Гейзенберг и его философские
позиции в физике, в кн.: Гейзенберг
В., Философские проблемы атомной
физики, пер. ?. ?. Овчинникова, М., 1953; Омельяновский
М. Э., Философские вопросы квантовой
механики, М., 1956; ?ок В. ?., Критика взглядов
Бора на квантовую механику, в сб.:
Философские вопросы современной
физики. Под редакцией И. Кузнецова
и М. Омельяновского, М., 1958; Сачков Ю.
В., О материалистическом истолковании
квантовой механики, М., 1959; Философские
вопросы современной физики. Сб.
[Под редакцией И. В. Кузнецова
и М. Э. Омельяновского], М., 1959; Проблема
причинности в современной физике.
[Под редакцией И. В. Кузнецова
и др.], М., I960.
А. Познер. Москва.
Философская Энциклопедия.
В 5-х т. — М.: Советская энциклопедия.
Под редакцией Ф. В. Константинова.
1960—1970.
ДОПОЛНИТЕЛЬНОСТИ
ПРИНЦИП
ДОПОЛНИТЕЛЬНОСТИ
ПРИНЦИП-ОДИН из важнейших методологических
и эвристических принципов современной
науки. Предложен Н. Бором (1927)
при интерпретации квантовой
механики: для полного описания
квантово-механических объектов
нужны два взаимоисключающих
(“дополнительных”) класса понятий,
каждый из которых применим
в особых условиях, а их совокупность
необходима для воспроизведения
целостности этих объектов. Физический
смысл принципа дополнительности
заключается в том, что квантовая
теория связана с признанием
принципиальной ограниченности
классических физических понятий
применительно к атомным и
субатомныы явлениям. Однако, как
указывал Бор, “интерпретация
эмпирического материала в существенном
покоится именно на применении
классических понятий” {Бор Н.
Избр. науч. труды, т. 2. М., 1970, с. 30). Это
означает, что действие квантового
постулата распространяется на
процессы наблюдения (измерения)
объектов микромира: “наблюдение
атомных явлений включает такое
взаимодействие последних со
средствами наблюдения, которым
нельзя пренебречь” (там же, с.
37), т. е., с одной стороны, это
взаимодействие приводит к невозможности
однозначного (“классического”) определения
состояния наблюдаемой системы
независимо от средств наблюдения,
а с другой стороны, никакое
иное наблюдение, исключающее воздействие
средств наблюдения, по отношению
к объектам микромира невозможно.
В этом смысле принцип дополнительности
тесно связан с физическим
смыслом “соотношения неопределенностей”
В. Гейзенберга: при определенности
значений импульса и энергии
микрообъекта не могут быть
однозначно определены его пространственно-временные
координаты, и наоборот; поэтому
полное описание микрообъекта
требует совместного (дополнительного)
использования его кинематических
(пространственно-временных) и динамических
(энергетически-импульсных) характеристик,
которое, однако, не должно пониматься
как объединение в единой картине
по типу аналогичных описаний
в классической физике. Дополнительный
способ описания иногда называют
неклассическим употреблением классических
понятий (И. С. Алексеев).
Принцип
дополнительности применим к
проблеме “корпускулярно-волнового
дуализма”, которая возникает
при сопоставлении объяснений
квантовых явлений, основанных
на идеях волновой механики (Э.
Шредингер) и матричной механики
' (В. Гейзенберг). Первый тип объяснения,
использующий аппарат дифференциальных
уравнений, является аналитическим;
он подчеркивает непрерывность
движений микрообъекгов, описываемых
в виде обобщений классических
законов физики. Второй тип основан
на алгебраическом подходе, для
которого существен акцент на
дискретности микрообъекгов, понимаемых
как частицы, несмотря на невозможность
их описания в “классических” пространственно-временных
терминах. Согласно принципу дополнительности,
непрерывность и дискретность принимаются
как равно адекватные характеристики
реальности микромира, они несводимы к
некой “третьей” физической характеристике,
которая “связала” бы их в противоречивом
единстве; сосуществование этих характеристик
подходит под формулу “либо одно, либо
другое”, а выбор из них зависит от теоретических
или экспериментальных проблем, возникающих
перед исследователем (Дж. Холтон).
Бор
полагал, что принцип дополнительности
применим не только в физике,
но имеет более широкую методологическую
значимость. Ситуация, связанная с
интерпретацией квантовой механики,
' “имеет далеко идущую аналогию
с общими трудностями образования
человеческих понятий, возникающими
из разделения субъекта и объекта”
(там же, с. 53). Такого рода аналогии
Бор усматривал в психологии
и, в частности, опирался на
идеи У. Джеймса о специфике
интроспективного наблюдения за
непрерывным ходом мышления: подобное
наблюдение воздействует на наблюдаемый
процесс, изменяя его; поэтому
для описания мыслительных феноменов,
устанавливаемых интроспекцией,
требуются взаимоисключающие классы
понятий, что соответствует ситуации
описания объектов микрофизики.
Другая аналогия, на которую Бор
указывал в биологии, связана
с дополнительностью между физико-химической
природой жизненных процессов
и их функциональными аспектами,
между детерминистическим и телеологическим
подходами. Он обращал также
внимание на применимость принципа
дополнительности к пониманию
взаимодействия культур и общественных
укладов. В то же время Бор
предупреждал против абсолютизации
принципа дополнительности в
качестве некоей метафизической
догмы.
Тупиковыми
можно считать такие интерпретации
принципа дополнительности, когда
он трактуется как гносеологический
“образ” некоей “внутренне присущей”
объектам микромира противоречивости,
отображаемой в парадоксальных
описаниях (“диалектических противоречиях”)
типа “микрообъекг является и
волной, и частицей”, “электрон
обладает и не обладает волновыми
свойствами” и т. п. Разработка
методологического содержания принципа
дополнительности—одно из наиболее
перспективных направлений в
философии и методологии науки.
В его рамках рассматриваются
применения принципа дополнительности
в исследованиях соотношений
между нормативными и дескриптивными
моделями развития науки, между
моральными нормами и нравственным
самоопределением человеческой
субъективности, между “критериальными”
и “критикорефлексивньми” моделями
научной рациональности.
Лит.:
Гейзенберг В. Физика и философия.
М., 1963; Кузнецов ?. Г. Принцип дополнительности.
М., 1968; Методологические принципы
физики. История и современность.
М., 1975; Холтон Дж. Тематический анализ
науки. М., 1981; Алексеев И. С.
Деятельност. ная концепция познания
и реальности.— Избр. труды по
методологии и истории физики.
М., 1995; Исторические типы научной
рациональности, т. 1—2. М., 1997.
