Философия природы и квантовая физика

Такие области современного естествознания, как квантовая механика, несмотря на полную согласованность с экспериментальными данными, до сих пор требуют адекватного философского осмысления. В статье преподавателя Тобольской духовной семинарии священника Димитрия Кирьянова сделана попытка показать возможность применения аристотелевской философии природы при осмыслении данных современной науки.

Философию природы можно рассматривать как отличительную точку зрения на материю, пространство и время, чувственную реальность. Исторически наука и философия природы были настолько тесно связаны друг с другом, что рождение современной науки приобрело некоторые черты разрыва длительного брака. С развитием науки аристотелевская картина мироздания стала рушиться. Открытия Коперника и Галилея показали, что космологическая система Аристотеля оказалась неверной. Его теория зависимости скорости падения тел от веса была опровергнута экспериментами. Поскольку физика Аристотеля была связана с философией природы, ученые отвергли и ту и другую. Они стали полагать, что все процессы в мире могут быть выражены исключительно в математических формулах. Их аргументы казались настолько сильными, а открытия, которые они сделали настолько убедительными, что философы стали полагать, что свойства вещей, изучаемые в философии природы, не позволяют нам получить какое-либо ценное знание материальной реальности. Объективным является лишь то, что может быть проверено и измерено. То, что не может удовлетворять этому критерию, должно быть отнесено к области субъективного. Вопрос «как» был заменен вопросом «что» или «почему».

Современная наука имела мало терпимости к философской традиции, которая держала ее скованной по обеим рукам фрагментами греческой науки. Порывая связь с наукой прошлого, ученые в то же самое время порвали связь с философией, с которой наука была связана. Ученые не нуждались в философии природы для создания науки. Наука стала единственным истинным способом познания вещей, а философия природы была дискредитирована. Философия природы была изъята из области научного исследования. Это отразилось на метафизических основаниях науки и принципах, которые в ней были выведены в результате рассмотрения природы.

Однако стремительное развитие теоретической физики в XX веке, и особенно таких областей, как квантовая механика, а также стремление к осмыслению данных науки, осознание ограниченности научного познания мира привело к возрождению интереса к философии природы. Норберт Люйтен замечает: «Философия природы нацелена на достижение понимания вещей, в то время как наука обеспечивает лишь функциональное понимание. Если отвергнуть спонтанный опыт вещей как отправную точку философской рефлексии, то следует подвергнуть сомнению все существующее знание, что приведет нас к скептицизму. Философия природы стремится достигнуть разумного понимания вещей, знания, которое отличается от функционального понимания, которое дают науки» [1].

В последние годы некоторые ученые стали утверждать возникновение новой парадигмы, нового способа мышления, в соответствии с которым мир не является самодостаточным или самообъяснимым: существует некоторая тайна вне квантового мира частиц. Наука не способна дать абсолютное объяснение реальности. Двадцатый век открыл ограниченность научного метода. В свое время Э. Шредингер утверждал, что частицы являются только образами, но мы вполне можем обойтись и без них [2]. По мысли Карла Поппера, научные теории являются человеческим изобретением. Они подобны сети, посредством которой мы пытаемся поймать мир, они не похожи на фотографии. Более того, они должны все время корректироваться. Неудивительно, что некоторые ученые утверждают, что вне пределов расширяющейся Вселенной и развивающейся жизни существует источник бытия и энергии, следы которого мы можем смутно различить. Этот взгляд возник в результате осознания ограничений, налагаемых на наше знание неустранимой неопределенностью квантовой физики, предельной недоступностью материальной реальности, а также наблюдений определенных феноменов, не укладывающихся в рамки стандартных концепций.

Уже в начале XX века два выдающихся философа, Бергсон и Гуссерль, указали на относительное значение научного знания природы. Открытие энергии кванта, формулировка специальной и общей теорий относительности и рождение квантовой физики стали причиной падения классической теории пространства, детерминизма. Некоторые ученые даже начали говорить об атомах и частицах как символических представлениях, которые не являются вещами. Сейчас уже стало почти всеобщим убеждением среди философов науки, что научные теории каждый раз представляют гипотетические модели объяснения явлений: «Они дают образ мира с помощью определенных утверждений, которые не основаны только на наблюдаемых фактах, но являются также продуктом воображения"[3].

Дэвид Бом ввел концепцию целостности для рассмотрения нелокального аспекта элементарной материи: «В этой холистической интерпретации электроны рассматриваются не как отдельные независимые частицы, но как аспекты глобальной ситуации; они являются обнаружением информации, приходящей к ним от целого» [4]. Согласно другим научным концепциям фундаментальная реальность материальных вещей состоит не из частиц, но из струн, в которых материальные субстанции заменяются функциями. Однако, как отмечает Доддс, «различные объяснения охватывают каждый раз лишь один аспект материи, но всеохватная теория никогда не будет достигнута» [5].

До середины XX в. считалось, что протоны, нейтроны и электроны неделимы и являются основными строительными блоками материи. Впрочем, в результате экспериментов на ускорителях высоких энергий в 1950—1960 гг. были открыты многие другие виды частиц, также имеющих массу, заряд и спин. Дальнейшие исследования побудили ученых предположить о существовании кварков, ещё более мелких частиц, составляющих элементарные частицы. Однако свойство их таково, что они не могут существовать свободно [6]. К примеру, сам протон состоит из 3-х кварков, но чтобы отделить их друг от друга, необходимо большое количество энергии, а в результате появляются новые кварки и новые протоны, другие частицы. Как замечает Йен Барбур, «кварки — это частицы, которые, по-видимому, могут существовать только в рамках целого"[7].

Если рассматривать атом гелия, то классическая физика видела в нём раздельные компоненты: ядро, состоящее из 2-х протонов и 2-х нейтронов, вокруг которого вращаются электроны. Однако квантовая теория рассматривает атом гелия как целое, в котором нет различимых частей. Волновая функция атома не является суммой волновых функций элементарных частиц, входящих в него. По принципу Паули, определяющему таблицу химических элементов, два электрона в атоме не могут находиться в одинаковом энергетическом состоянии: «Связанный электрон — это состояние системы, а не независимая единица"[8].

Такая зависимость частей от целого наблюдается и на более высоком уровне: энергетическое состояние атомов в кристаллической решётке, групповое взаимодействие магнитных доменов при охлаждении металла, «кооперативное» поведение электронов при сверхпроводимости. Здесь законы системы невозможно вывести из законов составляющих. «Существование любого объекта определяется его взаимодействием с другим и его участием в более общих системах. Без подобных холистических квантовых явлений не было бы ни химических свойств… ни ядерной энергии, ни жизни"[9].

Однако вопрос заключается не в том, что наука открыла целостность и недостаточность редукционистского видения мира, вопрос заключается в том, как объяснить целостность. Исследователь Майкл Доддс из Университета Нотр Дам считает, что для этого следует вернуться к аристотелевскому понятию первоматерии и субстанциальной формы[10]. Используя аристотелевское понятие субстанциальной формы, утверждает Доддс, мы можем лучше объяснить бытие и активность целого и ответить на вопрос, почему части могут действовать внутри целого иначе, чем в изоляции.

Любой фундаментальный компонент, о котором мы говорим, будь то: кварки, электроны, атомы, молекулы или живые клетки — всегда способен изменяться и становиться чем-то иным. Кварки, возможность отдельного существования которых до сих пор остается под вопросом, могут становиться протонами или другими частицами. Электрон может становиться частью атома. Атом может становиться частью соединения. Клетка, которая существует как часть собаки, перестает быть собакой и становится чем-то иным, если она отделена от этого организма. Доддс заключает: «Если все эти субстанции являются субстанциями, которые становятся другими субстанциями, следовательно, должен быть некоторый более фундаментальный принцип, который сохраняется при таких изменениях"[11]. Уильям Уоллес описывает это как «радикальную неопределенность в корне всех естественных изменений"[12].

Как отмечает Стивен Балднер, в философии Аристотеля первоматерия подразумевает нечто существенно отличное от того, что ученые называют материей[13]. «Materia prima не есть сам материал, который существует, но фактор, благодаря которому вещи являются телами; это ни бытие, ни небытие, но компонент материальных субстанций, который объясняет их изменяемость. С концепцией первоматерии мы подходим к самому глубокому нижнему уровню реальности. Ее ценность заключается в том, что она объясняет субстанциальные изменения в мире"[14]. Аристотель говорит о ней как о предельном материальном компоненте естественных сущностей, или протоматерии. Аристотель описывает ее как непосредственный материальный субстрат вещей, который имеет в себе принцип движения или изменения[15].

Понятие субстанциальной формы может быть применено к некоторым примерам причинности целого, которые открыла современная наука. Используя категории аристотелевской метафизики можно понять, почему часть может действовать внутри целого иначе, чем в изоляции. Если протоны, нейтроны и электроны в атоме натрия, например, действуют различным образом в составе атома и в изоляции, это происходит потому, что каждый атом существует не просто как элементарная частица, но как натрий. Уильям Уоллес: «Каждый (атом) есть интегральная часть целой субстанции: также как поведение электрона в атоме натрия диктуется не посредством формы электрона, как он может существовать вне атома, но посредством единой формы натрия, так поведение нейтрона внутри, скажем, в капельной модели ядра, диктуется не формой нейтрона, как он может существовать вне атома, но посредством формы натрия. Другими словами, природа натрия такова, что специфическая форма этого элемента действительно информирует протоматерию отличительным образом, как структуру его компонентов — ядро, его составляющие, орбитальные электроны — как интегральное целое, которое отвечает способом, характерным для натрия, на различные внешние влияния"[16].

Подобным образом 17 протонов, 18 или 20 нейтронов и 17 электронов атома хлора не действуют, как 52 или 54 несвязанные частицы, но как единое целое в соответствии с субстанциальной формой: отличительное свойство хлора — не его материальный состав, но скорее способ, с помощью которого расположены его компоненты. Однако, отмечает Доддс, «здесь подразумевается не просто структурное или искусственное расположение; скорее здесь подразумевается динамичное единство, которое определяет поведение каждого компонента атома не как независимой природы, но как части хлора"[17]. «Объединяющая или стабилизирующая форма дает специфическую идентичность элементу и так конституирует его естественную субстанцию в ее собственных правах"[18].

Атомная теория была разработана внутри определенной философии, материалистического механицизма. Однако с точки зрения физики нет никакой необходимости придерживаться материалистического мировоззрения. Данные современной науки более согласуются с концепциями философии Платона и Аристотеля, нежели Демокрита и Левкиппа. Атомная структура, определенные элементы которой наблюдают ученые, не является глубочайшим слоем вещей и не определяет их сущность. Она очень хорошо объясняет определенные свойства и имеет функциональное значение, но она не дает нам видения сущности материальных вещей. Лео Элдерс говорит о необходимости применения аристотелевских категорий, ссылаясь на осмысление квантовой механики, данное Вернером Гейзенбергом.

Для Гейзенберга неопределённость есть свойство природы. Гейзенберг восстановил аристотелевскую терминологию потенции и акта. «Всё, что мы наблюдаем в мире явлений, — говорил Аристотель, — представляет собой оформленную материю"[19]. Материя, следовательно, является реальностью не сама по себе, но представляет собой только возможность, «потенцию», она существует лишь благодаря форме. По мысли Аристотеля, материя не является каким-либо определённым веществом, как воздух, вода, огонь или даже пространство; она является тем «нечто», которое может перейти благодаря форме в актуально свершившееся. Атомная область есть область возможности, говорил Гейзенберг. Будущее событие не предрешено до тех пор, пока одна из диапазона возможностей не реализовалась. Когда учёный вторгается своим измерительным прибором в атомную систему, он вынуждает получение конкретного результата для актуализации из того, что было нечёткой областью возможностей. Так, он писал: «Переход от «возможности» к «действительности» происходит во время акта наблюдения» [20].

Полное взаимопревращение элементарных частиц в энергию и обратно побуждает Гейзенберга видеть в первоматерии Аристотеля «энергию» современной физики: «Таким образом, энергию можно считать основной субстанцией, первоматерией. Фактически она обладает существенным свойством, принадлежащим субстанции: она сохраняется"[21]. Благодаря энергии «актуализируется» частица в мире, благодаря ней в мире существуют изменения состояния.

Взаимные превращения частиц Гейзенберг считает неоспоримым доказательством единства материи: «Все элементарные частицы «сделаны» из одной и той же субстанции, из одного и того же материала, который мы можем назвать энергией, или универсальной материей; они — только различные формы, в которых может проявляться материя"[22]. Уравнение Шрёдингера, называемое Гейзенбергом «математическим уравнением всей материи"[23], имеет собственные решения — волновые функции, которые есть элементарные частицы. Поэтому Гейзенберг соглашается с Пифагором, сказавшим: «Все вещи суть числа». Для него «все элементарные частицы, в конечном счёте, суть математические формы, только гораздо более сложной и абстрактной природы"[24]. Они являются первообразами, идеями материи, которыми определяется всё происходящее[25]. Следует заметить, что не все философы согласны с Гейзенбергом в отождествлении первоматерии Аристотеля с энергией физики. Первоматерия Аристотеля более идеальна, чем даже энергия физики, она есть чистая потенциальность. Уильям Уоллес пишет: «Протоматерия есть предельный субстрат, основная потенция, которая лежит в основе действий природы"[26]. Протоматерия становится реальной вещью благодаря субстанциальной форме.

Квантовая механика поставила проблему реалистического видения мира. Такие исследователи, как Вольфганг Смит[27], Милош Лукашичек[28], Джеймс Эррей разрабатывают реалистическую интерпретацию квантовой механики, используя категории аристотелевской метафизики. В позднейших наблюдениях квантовой физики, связанных с так называемым явлением нелокальной связи, отмечается глубинная реальность, которая каким-то образом контролирует поведение частиц, наблюдаемых в определенных экспериментах: частицы остаются взаимодействующими со скоростью, превышающей скорость света, частицы, которые взаимодействовали ранее, остаются нераздельными посредством связи, которая не является ни материальной, ни энергетической. Джеймс Эррей отмечает: «Теорема Белла доказывает существование невидимой, глубоко нелокальной реальности. Открытие Белла может быть названо наиболее важным достижением в исследовании реальности со времени создания квантовой теории"[29].

Введение категорий аристотелевской метафизики для осмысления научных данных, несомненно, не является умалением научной работы. Но философия природы снабжает онтологическим основанием существование целого. Майкл Доддс заключает: «Если мы не боимся использовать старые понятия, мы можем сказать, что единство (целого) гарантируется формой в глубоко аристотелевском смысле этой концепции, которая является в то же самое время онтологическим критерием специфичности, фактором организации, и функциональной и окончательной согласованности"[30]. Междисциплинарная функция философии природы, по мнению Элдерса, состоит в том, что она должна дать анализ того, что мы наблюдаем: «Она имеет критическую задачу по отношению к утверждениям современных ученых и попыток устранить из мира замысел и уникальную роль человека в мире. В этом выделяется необходимая функция философии природы — она является анализом и осмыслением того, что мы наблюдаем и дает целостное осмысленное понимание мира, в котором мы живем"[31].

[1] Array J. Mystery of Matter // http://www.innerexplorations.com/catchmeta/mys9.htm. 25.04.2002.

[2] Elders L. Modern Science and the Philosophy of Nature // http://www.nd.edu/Departments/Maritain/ti/elders.htm. 20.12.2002.

[3] Elders L. Modern Science and the Philosophy of Nature // http://www.nd.edu/Departments/Maritain/ti/elders.htm. 20.12.2002.

[4] Array J. Mystery of Matter // http://www.innerexplorations.com/catchmeta/mys9.htm. 25.04.2002.

[5] Dodds M. J. Top Down, Bottom Up or Inside Out? Retrieving Aristotelian Causality in Contemporary Science//

http://www.nd.edu/Departments/Maritain/ti/dodds.htm. 20.12.2002.

[6] Барбур Иен. Религия и наука: история и современность. Библейско-богословский институт им. св. апостола Андрея. — М., 2000. — С.212.

[7] Там же.

[8] Там же.

[9] Там же. — С. 213.

•[10]Dodds M. J. Top Down, Bottom Up or Inside Out? Retrieving Aristotelian Causality in Contemporary Science//

http://www.nd.edu/Departments/Maritain/ti/dodds.htm. 20.12.2002.

•[11] Dodds M. J. Top Down, Bottom Up or Inside Out? Retrieving Aristotelian Causality in Contemporary Science//

http://www.nd.edu/Departments/Maritain/ti/dodds.htm. 20.12.2002.

•[12] Wallace W.A. The modelling of nature: philosophy of science and philosophy of nature in synthesis. Washington. The Catholic University of America Press, 1996. — P. 56.

•[13] Baldner S. Sources of St. Thomas' Teaching on Prime Matter Or Albert and Thomas on Matter // http://www.nd.edu/Departments/Maritain/ti00/baldner.htm. 30.06.2002.

•[14] Elders L. Modern Science and the Philosophy of Nature // http://www.nd.edu/Departments/Maritain/ti/elders.htm. 20.12.2002.

•[15] Аристотель. Физика, 193а, 28−29.

•[16] Wallace W.A. The modelling of nature: philosophy of science and philosophy of nature in synthesis. Washington. The Catholic University of America Press, 1996. — P. 56−57.

•[17] Dodds M. J. Top Down, Bottom Up or Inside Out? Retrieving Aristotelian Causality in Contemporary Science// http://www.nd.edu/Departments/Maritain/ti/dodds.htm. 20.12.2002.

•[18] Wallace W. A. The modelling of nature: philosophy of science and philosophy of nature in synthesis. — P. 48.

•[19] Гейзенберг В. Физика и философия. Часть и целое. — М., Наука, 1989. — С. 89.

•[20] The Soul of Science: Christian Faith and Natural Philosophy. Wheaton, Crossway Books, 1994. — P. 198.

•[21] Гейзенберг В. Физика и философия. Часть и целое. — С. 35.

•[22] Там же. — С. 98.

•[23] Там же. — С. 37.

•[24] Там же. — С. 36.

•[25] Там же. — С. 350.

•[26] Wallace W.A. Is Nature Accessible to the Mathematical Physicist? //http://www.nd.edu/Departments/Maritain/ti98/wallace.htm. 20.12.2002.

•[27] Smith W. From Schrodinger’s Cat to Thomistic Ontology // http://www.nd.edu/Departments/Maritain/ti98/smith.htm. 20.12.2002.

•[28] Lokajicek M. Quantum mechanics and realistic view of nature // http://www.nd.edu/Departments/Maritain/ti/lokajice.htm. 20.12.2002.

•[29] Array J. Mystery of Matter// http://www.innerexplorations.com/catchmeta/mys9.htm. 25.04.2002.

•[30] Dodds M. J. Top Down, Bottom Up or Inside Out? Retrieving Aristotelian Causality in Contemporary Science// http://www.nd.edu/Departments/Maritain/ti/dodds.htm. 20.12.2002.

[31] Elders L. Modern Science and the Philosophy of Nature // http://www.nd.edu/Departments/Maritain/ti/elders.htm. 20.12.2002.

http://bogoslov.ru/text/253 859.html