Истоки учения об атоме и квантовая теория

Первым ввел понятие материи (субстанции) греческий философ Фалес Милетский в VI веке до н. э. считая, что этой материей является вода. Фактически, это было первое материалистическое учение античности.

Другой философ Анаксимандр, ученик Фалеса, отрицает возможность воды быть первоматерией и считает, что первоматерия есть некое бытие, несхожее ни с каким веществом. Существует вечное движение по превращению форм бытия.

Анаксимен полагал, что первоматерия – это воздух. Данный взгляд мало чем отличался от взгляда Фалеса.

Ближе всего к современному взгляду физики на мир был Гераклит. Гераклит в качестве первоматерии называл огонь. В самом деле, как будет показано далее, найденное Эйнштейном соотношение массы и энергии позволяет четко себе представить огонь – энергию в современном понимании – как первопричину всего сущего.

Эмпедокл рассматривает все сущее с позиций четырех элементов: земли, воды, огня и воздуха. Движущие силы – любовь и вражда. Плюрализм – наличие нескольких элементов в качестве субстанциональных – преодолевает трудности монизма в объяснении многообразия окружающей действительности. Остается нерешенным вопрос о возможности преобразования элементов друг в друга.

Анаксагор доходит до предела в плюралистическом мировоззрении и утверждает о том, что вещи состоят из «семян». Существует бесконечное множество «семян», которые в разном соотношении и по-разному взаимно расположены в вещах. Многообразие мира вещей объясняется с позиции количественного и позиционного различия в их «семенном» составе.

Философами Левкиппом и Демокритом было введено понятие атома, вечного неразделимого и не обладающего никакими специфическими свойствами. Атомы движутся в пустоте, что так же важно, поскольку по современным представлениям, пустота – необходимый атрибут материи. Пустота, по теории относительности Эйнштейна, определяет геометрию пространства и является условием всякого движения.

Платон соединил онтологичность чисел пифагорейцев и элементы Эмпедокла, поставив во взаимное соответствие элементы и правильные геометрические фигуры. Важно, что элементы сопоставлены с математическими абстракциями, а сами элементы преобразуются друг в друга путем преобразования соответствующих им правильных фигур. Правда Платон не указывает, что он имеет в виду под соответствием правильных фигур и элементов – то ли это действительная форма элементов, огня, например, в виде квадрата, то ли это некоторое другое соответствие в мире идей.

Проведем аналогию между древними и современными физическими представлениями. Так, современные элементарные частицы –протоны, нейтроны, электроны и другие вполне соответствуют «атомам» Демокрита. Элементарные частицы материальны и составляют любое вещество. Есть некоторое отличие в понятии неразложимости этих «атомов». При столкновении этих частиц они распадаются на другие частицы. Но, что самое интересное, эти частицы тоже элементарные частицы, а не части первых.

По аналогии с концепцией элементов (огонь, земля, вода, воздух) в качестве единственного элемента, огня, выступает энергия.

Самым интересным является то, что Платон также имел отдаленную, но в общих чертах правильную тенденцию рассматривать элементы вместе с их геометрическими идеями. Дело в том, что уже создано, пока на качественном уровне, единое уравнение материи. Собственные решения этого уравнения суть элементарные частицы.

На протяжении христианской эпохи взоры людей обратились от исследования природы в область трансцендентного. Людей интересовал смысл жизни, а материальный мир рассматривался как временный и не стоящий слишком большого внимания. Вопросы мироустройства, Вселенной считались хорошо отраженными в Писании, и этого было достаточно.

Со времени начала Эпохи Возрождения наблюдается постепенный поворот человека к природе. Возникают реалистические течения. Ключом реалистических воззрений можно считать процедуру объективации. Объективация отстраняет исследователя от исследуемого объекта. Влияние на исследуемую систему со стороны инструментов исследователя может быть сколь угодно малым. Объективным считается то, что никак не зависит от того, существует ли субъект или нет.

Одной из разновидностей реализма является метафизический реализм Декарта. Декарт считал самоочевидным существование реальности, мира вещей. Собственное существование можно было доказать рассматривая сомнение в этом существовании. Отсюда вытекает наличие феномена мышления, а затем и доказательство собственного существования: «Cogito ergo sum» (Мыслю, значит, существую – лат.).

Декарт – представитель рационализма. Кроме рационалистического метода познания, несомненно являющегося основой всякого научного познания, Декарт собственно произвел отделение исследователя и исследуемого объекта в явной форме. Такой взгляд на мир, как бы со стороны, был главенствующим в течение последующих двух с половиной веков. Закоренелость этой мысли в головах ученых XX в. вызывала серьезные трудности в понимании и признании новой, квантовой, теории. Но в те времена не могло быть и речи ни о чем другом: для проведения какого-либо серьезного исследования необходимо абстрагирование, выключение из рассмотрения тех свойств объекта, которые явным образом не изменяются в ходе исследуемого процесса.

Других философов – Беркли, Локка и Юма, не устраивал рационалистический подход Декарта. Локк сказал: «Ничего нет в разуме, чего ранее не было бы в чувстве». Эмпиристы не задавались вопросами сущностных взаимосвязей между явлениями, так как по Беркли мысленная связь между явлениями, устанавливаемая нами есть иллюзия причинности, а реальное положение дел нам неведомо.

Наступило время кантовской философии. Прежде вопросов бытия Кант спросил, а возможно ли знание о вещах? Он приходит к довольно пессимистическому ответу, что вещь существует для себя самой. Познание ее сущности невозможно.

Кант задает неприятный вопрос: «А существует ли мир вещей вообще?» Ответ на него Кант находит в представлениях об априорных формах. Априорные формы это такие схемы познания, которые всегда присутствуют при любом акте познания. По Канту, невозможно помыслить их отсутствие или неабсолютность. Такими формами являются сам мир вещей и явлений, закон причинности и пространство. Если мы, например, попытаемся представить, что существует несколько пространств или его не существует, то все равно множественное будет находиться в каком-то другом пространстве, а вместо отсутствующего пространства придет пустое, но все равно пространство. Аналогичная ситуация происходит с законом причинности.

Пространство и закон причинности считались априорными формами вплоть до развития современного физического мировоззрения. Естественно, что во времена Канта их никаким иным образом нельзя было и помыслить.

Пространство в квантовой теории можно отнести к априорной форме. В этой схеме познания происходит рассмотрение движения частиц, протекания процессов.

Гораздо труднее дело обстоит в общей теории относительности. Пространство оказывается зависимым от расположения масс. Кривизна пространства оказывается переменной и определяется тем, насколько массивное тело находится в данной точке. Проводились попытки провести экспериментальное доказательство искривления пространства вблизи больших масс. Так при солнечном затмении наблюдается смещение положения звезд. Конечно, наблюдаемые явления могут быть объяснены не только искривлением световых лучей, проходящих вблизи Солнца, но факт остается фактом.

Квантовая теория лишает статуса априорности закон причинности. Как было уже сказано, повеление элементарных частиц описывается только статистически в силу неполноты нашего знания. Тем не менее, утверждать, что, то или иное движение, положение частицы имеет свои причины неверно. Изменение координаты частицы не имеет никакой причины! Мир недетерминирован. Такой взгляд на вещи совершенно не соответствует классическим представлениям и прежней физики и философии.

Надо заметить, что сказанное выше не отнимает у пространства и закона причинности статуса априорности полностью. Описание и осмысление любого эксперимента, прибора, результатов опыта невозможно без использования привычных терминов и категорий. Поэтому на макроскопическом уровне пространство и закон причинности являются априорными формами. Таким образом, границы применимости априорных форм четко обозначены уровнем исследования.