Российская Академия Наук, Сибирское Отделение
Кафедра философии
Реферат
Философские методологические проблемы современной физики: Проблема наглядности
Преподаватель:
д.ф.н, профессор
Супрун В. И.
Автор:
маг.т.и т., аспирант
Энтин Василий Матвеевич
Институт Физики Полупроводников СО РАН
г. Новосибирск
дата 26.04.1998
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1: ФИЗИКА КАК ИСТОЧНИК ПРОБЛЕМЫ НАГЛЯДНОСТИ
ГЛАВА 2: НАГЛЯДНОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ И ФИЛОСОФИЯ
ГЛАВА 3: ВЛИЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ НАГЛЯДНОСТИ НА ФИЛОСОФИЮ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАРУРА
ВВЕДЕНИЕ
Практически уже сто лет прошло с тех пор, как физика получила стремительное развитие, благодаря открытиям, которые полностью изменили ее. Все изменения, происходившие в физике за это время были связаны с тем, что она становилась все менее наглядной. Это сильно тормозило и продолжает тормозить ее развитие, поскольку даже сами физики зачастую не понимают теории разработанные их коллегами. Так произошло, например, со специальной теорией относительности, в которой многое остается неясным и по сей день.
Возникновение фундаментальной проблемы наглядности ставит ряд вопросов и перед философией. Они касаются как общей теории познания, так и фундаментальных аспектов, связанных с такими категориями как материя и ее атрибуты. Возникновение новых теорий, вносимых физикой коренным образом изменило философские представления о этих категориях, что является существенно важным фактором для философии.
Цель работы: Продемонстрировать глобальное, значение проблемы наглядности в физике. Указать на аспекты проблемы, несущие фундаментальный, неоценимый вклад в современную науку и философию.
Задачи работы:
1. Продемонстрировать истоки проблемы наглядности.
2. Дать характеристику проблемы наглядности с точки зрения различных аспектов.
3. Показать значение проблемы наглядности для философии.
ФИЗИКА КАК ИСТОЧНИК ПРОБЛЕМЫ НАГЛЯДНОСТИ
Вошло в тенденцию считать, что физические теории XX века существенно отличаются от физических теорий прошлого. Содержание таких классических теорий, как теоретическая механика, термодинамика, физическая статистика и электродинамика, несмотря на большую сложность, характеризуются, тем не менее, принципиальной наглядностью.
«Теория лишь тогда наглядна, если она позволяет себя (т.е. свое содержание) изобразить так, что это изображение имеет какое то непосредственно переживаемое сходство с тем переживанием, которое доставляет исследуемое явление природы » ([11],стр.185)
Таким образом, с точки зрения естествоиспытателей XIX века (и современных позитивистов) наглядной считается такая теория, содержание которой может быть описано с помощью непосредственных показаний человеческих органов чувств или чувственных образов, образованных из этих непосредственных показаний органов чувств при посредстве понятий, являющихся обобщением повседневного опыта.
«Под «наглядной» теорией понимают такую теорию, которая для своей формулировки требует только таких понятий, которые взяты из повседневного опыта» (Э. Мах цитата по работе [2], стр.156).
Программа наглядного построения всей физики в этом смысле, намеченная Гельмгольцем, была к концу XIX века настолько полно проведена в жизнь, что в 1900 г. по образному выражению Кельвина «Физическое небо было омрачено лишь двумя облаками». Первым из них был факт отсутствия «эфирного ветра» при движении Земли в мировом пространстве, а во втором - резкое расхождение экспериментальной кривой распределения энергии в спектре абсолютно черного тела с кривой, полученной из теоретических представлений («ультрафиолетовая катастрофа»). Преодоление первой трудности в конечном счете привело к созданию теории относительности, преодоление второй - к созданию квантовой механики. Содержание этих теорий настолько отличалось от содержания теорий классической физики, что потребовалась многолетняя упорная борьба, чтобы внедрить его в сознание большинства физиков. Это отличие заключалось в своеобразном «ненаглядности» релятивистских и квантовых объектов. Чтобы понять, что собой представляет эта «ненаглядность», необходимо рассмотреть процесс развития физики с 1900 по 1927 г. под определенным углом зрения. Мы рассмотрим развитие обеих ветвей новой физики - как квантовой механики, так и теории относительности.
Квантовая теория.
Наши органы чувств и основанные на непосредственных показаниях рассуждения говорят нам, что источники света могут испускать, а различные тела могут поглощать свет сколь угодно малыми порциями. Нельзя себе представить, чтобы существовал какой-нибудь естественный предел для уменьшения дозы испускания или поглощения. Таково наглядное представление о свете, сложившееся в ходе человеческой практики на протяжении нескольких тысячелетий. Однако в 1900 г. для объяснения явлений теплового излучения Планк выдвинул идею о том, что наглядное представление нас обманывает и что в действительности свет испускается отдельными порциями. Этим в физику впервые был внесен элемент какой-то «ненаглядности». При этом мы сейчас пока не ставим вопроса о том, какова истинная природа этой «ненаглядности»,а рассматриваем ее как эмпирический факт.
«Таким образом из семени планковской формулы уже выросло маленькое растение, правда очень странное и необычное, никак не укладывавшееся в рамки физики того времени. Признание прерывистости в распределении энергии механических систем - осцилляторов - означало введение совершенно инородного тела в здание классической физики» ([5],стр.105-107 )
Но хотя процесс испускания света перестал быть наглядным, тем не менее природа света и, в частности, процесс его распространения были достаточно наглядны. Со времени Френеля (начало XIX века) свет рассматривался как поперечные волны, распространяющиеся с определенной скоростью в мировом эфире. Это наглядное представление о природе света было разрушено в 1905 г. Эйнштейном. Для объяснения фотоэлектрических и фотохимических явлений Эйнштейн допустил, что свет не только испускается, но и поглощается отдельными порциями - квантами. Впрочем степень «ненаглядности», внесенной Эйнштейном в учение о свете была бы не столь значительна, если бы Эйнштейн отверг представление о свете как о волновом процессе. Но суть в том, что это представление было сохранено и уживалось рядом с представлением о квантах. Таким образом, свет стал своего рода физическим сфинксом, загадочно сочетавшим в себе корпускулярные и волновые свойства.
Итак с 1905 г. вся обширная область оптических явлений в значительной мере утратила свою наглядность; наглядным представлением классической физики была оставлена сфера вещества. С созданием квантовой теории света «противоречие между квантовой теорией и классической физикой было возведено в принцип» (В. Гейзенберг, цитата по работе [3], стр.5). Но в 1913 г. Н. Бор поколебал наглядные представления в мире атомов. Повседневные наблюдения над взаимодействием макроскопических частиц вещества говорят о том, что эти частицы способны приобретать и отдавать энергию в сколь угодно малых количествах. Для объяснения линейчатых спектров химических Бор допустил, что квантована энергия не только света, но и атомов. Это означало гигантский шаг в сторону от наглядных представлений классической физики и не только ее одной.
«Атом Демокрита», который на протяжении 2000 лет и был пожалуй самым наглядным представлением среди других философских и естественнонаучных представлений, стал, в известном смысле, менее нагляден, чем «скрытые качества» средневековых алхимиков.
«Будучи студентами, мы в известной мере бессознательно ощущали, что и здесь в работах Планка, Эйнштейна и Бора, разыгрывается кусочек мировой истории - правда без заголовков в газетах и радиосообщений, но все - таки такой эпизод мировой истории, который должен оставлять свои следы на столетия.» ([4], стр.339)
После создания боровской модели атома вся физика утратила свою наглядность. Однако при этом «странный» процесс изгнания наглядных представлений из физики не закончился. В 1924 г. де-Бройль высказал идею о том, что подобно тому, как свету присущи одновременно волновые и корпускулярные свойства, точно так же они должны быть присущи и частицам вещества. Органы чувств и основанные на их непосредственных показаниях рассуждения говорят нам, что главные отличия частицы от волны суть следующие: частица занимает определенное место в пространстве, волна постепенно охватывает все пространство; частица движется в определенном направлении, волна распространяется во всех направлениях; частицы не подчиняются этому принципу.
Трудно придумать свойства, которые бы так противоречили друг -другу. Тем не менее, де-Бройль допустил, что каждой частице соответствует какой-то волновой процесс, и эксперименты подтвердили эту идею, несмотря на всю ее «ненаглядность». Де-Бройль назвал волны, соответствующие частицам, «волнами материи». Оставалась, однако, надежда, что раскрытие природы этих волн позволит дать наглядное представление идее де-Бройля. Но в 1926 г. М. Борн показал, что «волны материи» существенно отличаются от механических и электромагнитных волн и являются по своей физической природе «волнами вероятности».
Если в случае механических волн мы имеем дело с колебаниями координаты частицы или плотности вещества, а в случае электромагнитных волн - с колебаниями напряженности электромагнитного поля, то в данном случае мы встречаемся с «колебаниями» вероятности обнаружения микрообъекта в единице объема пространства. Эта вероятность оказывается равной |y|2, где y - волновая функция микрообъекта, комплексная величина (т.е. объект существующий только умственно), а |y| - ее модуль. Следовательно наглядное представление, которое мы привыкли связывать с волновым процессом, здесь в значительной мере утрачивает свой смысл.