§1. Физика, Принцип причинности.

Проблема причинности является одной из центральных в науке. Уже в древности наметились два подхода к объяснению упорядоченности, обуслов­ленности, закономерности. Первый, материалистический (Демокрит, Эпикур) заключался в стремлении понять эти особенности мира как результат действия некоторых естественных сил, присущих изначально существующим (никем не сотворенных) простейшим материальным сущностям.

Второй подход был связан с представлением о некотором организующем начале по существу духовной природы, которое воздействует на косную мате­рию, организует ее и направляет течение материальных процессов (Платон, Аристотель).

Наука Нового времени возникает в борьбе с идеями средневековой схола­стики, теоретические представления которой связаны с переработкой учений Платона и Аристотеля. Идеалом этого времени становится мысль строго при­чинной обусловленности явлений, делаются попытки построения такой науч­ной теории, которая позволила бы на основе немногих законов объяснить все разнообразие окружающего мира. В такой атмосфере возникла классическая механика, позволившая на строго причинной основе, опираясь на небольшое число законов, объяснить огромное количество явлений и процессов. Именно механика легла в основу тех представлений о причинности, которые затем были поколеблены только созданием в XX веке квантовой механики.

По представлениям, исходящим от классической механики, все явления в природе имеют свою определенную, естественную материальную причину, ко­торая выступает в форме активного воздействия одного тела на другое, вызы­вающего определенное следствие. Определенные причины при одних и тех же условиях вызывают всегда определенное следствие. Связь причины и следствия всегда носит направленный и необходимый характер. В механике Ньютона эти

89

представления были развиты и конкретизированы до формулировки законов, с помощью которых можно было строго, в количественной форме рассчитывать движение тел под воздействием внешних сил.

Именно такого рода описание и объяснение явлений объективного мира и становится синонимом строго причинного их описания и объяснения в XVIII-XIX веках. Выражением этого идеала и явилась концепция лапласовского (Лап­лас 1749-1827) детерминизма.

Развитие физики в XIX веке, возникновение электродинамики, термоди­намики и статистической механики не привели к явному кризису тех представ­лений о действительности, которые развивались представителями лапласовско-го детерминизма. Хотя, например, развитие термодинамики привело к пред­ставлению о существовании качественно новой объективной реальности -электромагнитного поля (законы Максвелла), однако описание этой реальности не отличалось от описаний в классической механике.

Трудности с использованием этого идеала причинного объяснения явле­ний физического мира возникли только с созданием в XX веке квантовой меха­ники.

Квантовая механика - это теория, описывающая поведение микроскопи­ческих объектов (атомный и субатомный уровни) при определенных макроско­пических условиях. Следовательно, уже здесь происходит резкое размежевание этой теории от всех других теорий, в которых предполагалось, что на теорети­ческом уровне описываются свойства самих объектов, вне их отношения к при­борам, с помощью которых мы можем обнаружить эти свойства. В квантовой механики учет условий наблюдения соответствующих свойств микроявлений входит как неотъемлемая составная часть самой теории.

При этом в различных макроскопических ситуациях микроявления обна­руживают различные, порой прямо противоположные свойства, например, либо черты корпускулярности, либо волновые черты. С этим связана также и другая

90

существенная особенность квантовой механики, резко отличающая ее от клас­сической - ее принципиально вероятностный характер.

Если в классической механике состояние системы теоретически описыва­лось совершенно определенными координатами и скоростями материального тела, то в квантовой механике неопределенность теоретически не может иметь определенной величины, задаваемой соотношением неопределенностей (Гей-зенберг). Из этого вытекает, что предсказание их будущих значений должно содержать в себе значительную долю неопределенности, т.е. мы можем гово­рить лишь о вероятности тех или иных значений координаты и скорости в по­следующие моменты времени, но не о точных из значениях в каждом конкрет­ном случае.

Поскольку в классической механике и электродинамике строго причин­ное описание физических явлений принималось как идеал научного описания, то возникновение квантовой механики многие ученые (Н. Бор, М. Борн, В. Гей-зенберг и др.) и философы стали трактовать как «крах» причинности в физике. Именно противоречия новых результатов физического познания, выраженных в создании квантовой механики с прежними представлениями о мире и способах его познания и породило философскую проблему - проблему причинности в квантовой механике.

К настоящему времени не существует какой-либо общепринятой трак­товки квантовой механики, физической интерпретации его математического аппарата. До сих пор делаются попытки трактовать квантовую механику как существенно неполную, не отличающуюся в этом отношении от классической статистической механики. Такой позиции придерживался, например, А. Эйн­штейн. Некоторая группа ученых до сих пор считает возможность устранения вероятностных представлений из теории микромира путем обнаружения т.н. «скрытых параметром», т.е. таких неизвестных еще свойств элементарных час­тиц, знание которых позволило бы вернуться к классическому описанию их движения как полностью определенных в пространстве и времени.

91

Существует также такая интерпретация квантовой механики, принимае­мая на сегодня большинством философов и ученых, согласно которой, во-первых, квантовая механика является полной теорией для своей области, во-вторых, областью ее интересов является описание микроскопических проявле­ний микрособытий; вероятность, с этой точки зрения, является объективной мерой возможности проявления определенных свойств у микроявлений в раз­личных макроскопических условиях.

Картина мира, которая утвердилась в науке первой половины XX века и была связана с коренной ломкой представлений классического естествознания, в настоящее время подвергается радикальному пересмотру. Во второй половине XX века завершился переход многих наук, в первую очередь физики, к изуче­нию нового типа объектов — самоорганизующихся и саморазвивающихся. Если для таких областей познания, как биология или социальные науки анализ эво­люционных процессов давно уже стал реальностью, то в физике до недавнего времени дело обстояло иначе: большинство ее разделов не было связано с иде­ей развития. Сейчас положение стало меняться по причине интенсивной разра­ботки проблем термодинамики неравновесных процессов, что вызывает необ­ходимость переработки многих положений причинной теории, что составляет главный интерес многих физиков и философов.

Разработка «неравновесной термодинамики» (диссипативные структуры) - одного из разделов физической науки - привело к ряду существенных следст­вий, глубоко изменяющих научную картину мира.

Выяснилось, что необратимые процессы играют существенную конструк­тивную роль в физическом мире (и не только), причем необратимость глубоко связана с динамикой. Необратимость соответствует включению динамики в не­который более широкий процесс, когда все физические объекты Вселенной рассматриваются в качестве открытых систем, которые постоянно обменивают­ся веществом и энергией с внешней средой.

92

Одна из наиболее существенных особенностей диссипативных структур -их согласованность (когерентность): они ведут себя как единое целое и струк­турируются так, как если бы, например, каждая молекула, входящая в макро­систему, была «информирована» (как монады у Лейбница) о состоянии систе­мы в целом. Происходящие в системе флуктуации (колебания) вместо того, чтобы затухать, могут усиливаться и система эволюционирует в направлении спонтанной («случайной») самоорганизации. Формирование порядка (стабиль­ности) через флуктуации (неустойчивость) образует «неустойчивый мир», в ко­тором малые причины могут порождать большие следствия (бифуркации), но мир этот не произволен. Напротив, причины усиления малых флуктуации -объективный процесс. Эволюция таких систем содержит как детерминистиче­ские (причинные), так и стохастические («случайные») элементы, представляя собой сочетание необходимости и случайности.

Одно из важнейших изменений, вносимых неравновесной термодинами­кой в научную картину мира, состоит в том, что время оказывается не безраз­личным для системы внешним параметром, как это было в классической или квантовой механике, а внутренней характеристикой физических систем, выра­жающих необратимость в этих системах, способность их спонтанного перехода от одного уровня организации к другому, более сложному. В физическом мире везде наблюдаются «вспышки необратимости». Природа вероятности обуслов­лена внутренней нестабильностью динамических систем, а не ограниченностью наших знаний об этом мире.