Философские проблемы наномира. Монография

более-менее сопротивляющимся). Природа, в основании которой лежит наномир, становится текучей и пластичной в современном понимании. Формы не понимаются неизменными, как в античной философии, они начинают зависеть от особенностей того материала, из которого изготовлены. Так, железо плавится при высоких температурах, а мрамор или дерево могут раскалываться по прожилкам. Материя понимается как материал, способный к различным трансформациям и деформациям, детерминирующий различные формы. «…По ту сторону препарированной материи лежит энергетическая материальность в непрерывном изменении, а по ту сторону фиксированной формы лежат качественные процессы деформации и трансформации в непрерывном развитии. Другими словами, что становится существенным, так это уже не отношение материя – форма, а отношение материал – сила» [19, с. 99]. Конструкторский подход к наномиру, который используют нанотехнологии, апеллирует уже не к философским представлениям о материи как субстанции, а понимает ее как пластичный материал, существующий исключительно для практических целей.

Сделаем обобщающие выводы. Философская рефлексия наномира позволила выявить основные аспекты, характеризующие это понятие: во-первых, идею пластичности природы, во-вторых, понимание его как совокупности механизмов и, в-третьих, идею преобразования природы с помощью нанотехнологии.

Онтологический аспект наномира отличает это понятие от нанонауки как способа построения различных моделей, имеющих объяснительный и описательный характер, и сближает наномир с нанотехнологией. Онтологию наномира задает гиломорфическая схема материал – сила, в основе которой лежит идея пластичности природы, при этом наномир понимается как пластичный материал, из которого можно собирать различные молекулярные машины и механизмы с помощью методов эмпирического анализа и синтеза.

Если речь идет об изучении и исследовании наномира, то это понятие начинает сближаться с нанонаукой. В этом случае понятие наномира отождествляется с понятием микромира, при этом границы наномира задаются с помощью теоретических описаний квантовой механики или с помощью современной теории Фарадея–Максвелла, что отождествляет это понятие с понятием микромира.

Техническое преобразование наномира сближает это понятие с нанотехнологией как способом сборки наномеханизма или получения наноматериала. Утилитарный подход к наномиру с помощью

21

нанотехнологии порождает экологические, социальные и антропологические проблемы, поскольку нанотехнология меняет сущностные характеристики природы, общества и человека.

Вторжение в мир нанообъектов, существующих самих по себе, с целью творческого создания новых наноматериалов, сближает также наномир не только с нанотехнологией, но и с понятием нанобытия. Но нанобытие является понятием более широким по смыслу, чем природный наномир, существующий сам по себе. Нанобытие включает в себя не только природные нанообъекты, но и искусственные, расширяющие горизонты бытия самого человека и предоставляющие ему новые возможности.

1 . 2 . А р и с т о т е л е в с к а я п а р а д и г м а к а к о с н о в а н и е к в а н т о в о - м е х а н и ч е с к о г о о п и с а н и я н а н о м и р а

1 . 2 . 1 . П р о б л е м а б ы т и я в г р е ч е с к о й ф и л о с о ф и и и е е р е ш е н и е А р и с т о т е л е м

Онтологическая составляющая научного знания, развивавшегося от античности до настоящего времени, достаточно хорошо изучена в известных работах П. П. Гайденко [20–22]. Сегодня в связи с теоретическим и инструментальным освоением наномира возникает интерес к его онтологии как логико-теоретическому каркасу квантовой механики, позволяющей исследовать наномир, и вносить свой вклад в познание природы.

Онтологические основания науки сложились в античной философии. Множество учений (Парменида и элеатов, пифагорейцев и Платона, атомистов, а также Аристотеля) претендовало на объяснение универсальных оснований бытия. Но, в отличие от концепции бытия Аристотеля, все они носили локальный характер, поскольку не могли объяснить все аспекты бытия. Так, например, атомисты не могли, исходя из существования атомов, объяснить чувственное познание, Платон же, исходя из концепции идей, не мог объяснить, как идея воплощается

22

в вещь и как образуется чувственный мир. Только Аристотель смог предложить трактовку бытия как субстанции, которая говорила о его полноте, и поэтому она стала основой будущей науки.

Аристотель в труде «Метафизика» приводит мысль о том, что бытие любой вещи заключено в ней самой, а не «вынесено» за ее «границы». Понять эту мысль можно лишь обратившись к другим мыслителям античности, которые хотели ответить на вопрос: что есть сущее само по себе.

Греческие философы предложили ряд трактовок понятия «бытия», они выделяли его критерии, свойства, главные признаки. Среди них можно отметить концепцию единого бытия Парменида и элеатов, учение о бытии как идеях Платона и концепцию бытия как субстанции Аристотеля. Парменид отождествляет бытие и мышление, «мыслить и быть – одно и то же» – вот его формула. Мысленный мир, познаваемый и истинный, противостоит чувственному и преходящему миру, который не может быть предметом подлинного знания. Убеждение Парменида в том, что основу истинного бытия составляют вечные и неизменные идеи, развил Платон. Согласно Платону, бытие присуще не столько самой вещи, сколько ее идее. Идеи лежат за пределами чувственного восприятия вещи, содержатся в божественном уме и служат «порождающими моделями» вещей. При таком подходе бытие конкретной вещи «вынесено» за ее «границы», и эту концепцию бытия называют как «бытие вне вещи». При таком подходе теряется гносеологическая значимость единичных вещей, о них возможно лишь мнение, а не знание. За знанием нужно обратиться к прообразам вещей, их моделям. Такое умозрительное познание позволит выделить лишь общие свойства вещей, а их единичные свойства останутся непознанными. Одним словом, концепция «бытия вне вещи» вела лишь к умозрительному познанию вещей.

Но для возникновения науки необходимо не только умозрение, но и чувственное познание, связанное с существованием объекта. Заслуга Аристотеля состоит в том, что он первый из философов увидел связь между онтологией и чувственным познанием. Аристотель создал онтологию как систему самых общих принципов бытия, выступавшую как способ познания природы, с помощью которой он философски обосновал науку о движении – физику. Центральным понятием его онтологии выступает понятие «сущности» (сущего), которая есть суть бытия каждой вещи, означающей «что эта вещь есть сама по себе» [23, с. 191]. Философ отождествляет бытие конкретной вещи с ней самой и считает, что ее существование автономно, и она не нуждается ни в чем для

23

своего существования, т. е. наделяет ее признаками независимости и самостоятельности, характеризующими субстанцию. Таким образом, идея тождества единичной вещи и ее бытия представляет концепцию «бытия в вещах» Аристотеля.

Всякая сущность, по Аристотелю, есть сочетание «формы» (идеи)

и«материи», т. е. материала, способного принять «форму». Например, для того чтобы объяснить существование кувшина, необходимо выделить все его общие признаки, т. е. его форму (идею), и присоединить их к материалу – металлу, пластику или глине. Так, согласно философу, мы получим единичный предмет, воспринимаемый органами чувств. При этом форма понимается как образ предмета, его идея, выражаемая в логическом понятии. Этот момент связи логики и онтологии имел принципиальное значение для становления научного познания. Учение о сущности и расчленение бытия на конкретные самостоятельные вещи привело философа к созданию формальной логики, задающей нормы

иправила научной рациональности. Все три закона логики (законы тождества, противоречия и исключения третьего) есть прямое следствие его онтологии. Из онтологии Аристотеля следовала также возможность развивать научное познание, рефлектировать над отдельными вещами, выделяя их конкретные признаки.

Таким образом, суть аристотелевской онтологической парадигмы сводится к следующим положениям [24]:

1.Тезис о субстанциональности единичной вещи как самой главной формы бытия.

2.Взаимосвязь онтологии и логики. Онтология «преломляется» в логике в виде ее законов.

3.Онтология задает систему гносеологических принципов и методологических ориентиров, направленных на чувственное познание природы.

Онтологическая парадигма Аристотеля сыграла большую роль для развития научного знания в античности, в первую очередь физики

икосмологии. Она утратила свое значение в эпоху становления науки Нового времени, когда на смену учения Аристотеля о стихиях, составляющих небесный и земной мир, пришло учение Демокрита об атомах, составивших онтологическую основу классической механики Галилея–Ньютона. Но это вовсе не означает, что сегодня парадигма Аристотеля полностью «сошла со сцены», ее рецидив наблюдался на рубеже XIX–XX вв., когда обнаружилось внутреннее строение атомов

иоказалось, что элементарные частицы не являются простейшими элементами материи, а представляют собой сложные пространственно-

24

многомерные объекты. Наблюдается переход от дискретных описаний микромира к непрерывным пространственно-многомерным объектам.

Вфизику снова возвращался принцип непрерывности, когда-то высказанный Аристотелем.

Для описания поведения элементарных частиц тогда была принята «концепция частиц», суть которой сводилась к тому, что все существующие формы материи, как вещественные, так и полевые, есть частицы, при взаимодействии которых образуется вся физическая реальность.

Внастоящее время «концепция частиц» начинает встречать затруднения в физике в теории струн, в космологии появляется проблема «темной материи», ответственной за ускоренное развитие Вселенной. Это означает, что, «с точки зрения онтологии, концепция “мир есть совокупность частиц” может рассматриваться как своеобразное первое приближение…» [25, с. 232]. Поэтому принцип непрерывности Аристотеля имеет непреходящее значение для микрофизики.

Сегодня в физике и химии актуальны квантово-механические трактовки описания существования частиц в наномире. Как будет показано далее, эти трактовки имеют корни в аристотелевской метафизике и основаны на его понятии «бытия в возможности».

Для ответа на вопрос Аристотеля о том, что есть сущее само по себе, сначала будут выявлены особенности описания квантово-механической реальности, затем они будут интерпретированы в системе категорий Аристотеля, и далее будет показано, что квантово-механические описания существования наночастиц восходят к аристотелевской модели полионтичного (многомодусного) бытия. Базисная онтология Аристотеля (сущность, возможность, действительность, энергия) будет говорить о реальном существовании наночастиц в противовес эвристическим и конвенциальным средствам квантовой механики (принципы дополнительности, корпускулярно-волнового дуализма, неопределенности).

1 . 2 . 2 . П р о б л е м а о п и с а н и я и и з м е р е н и я н а н о м и р а в к в а н т о в о й м е х а н и к е

Сначала поставим вопрос о наномире в онтологическом плане – каким образом он существует.

25

Для этого обратимся к квантовой механике, дающей теоретическое описание наномира. У истоков этой науки стояла копенгагенская школа физиков (Бор, Борн, Гейзенберг, Дирак и другие физики). В целом, они давали «запретительную» трактовку квантовой механики, считая, что нельзя задавать вопрос о том, что представляет собой квантовый объект вне условий наблюдения. Мы не можем знать объект до наблюдения, но можем знать его как результат наблюдения. Физики ставили под сомнение статус сущего как предметно-чувственного мира. Единственным физиком, стремившегося понять, какая реальность стоит за квантовым явлением, был Гейзенберг. Он считал, что за кажущимся математическим формализмом квантовой механики кроется особая онтология, восходящая к метафизике Аристотеля.

В основе квантовой механики лежат четыре «странности», отличающие ее от представлений классической физики: 1) особенности принципа суперпозиции и вероятностный способ описания явлений; 2) зависимость микрофизического явления от «иного»; 3) целостность и нелокальность квантового явления; 4) динамический или процессуальный характер протекания квантового явления [26].

1. Принцип суперпозиции состоит в том, что если квантовомеханическая система находится в состояниях, описываемых волновыми функциями ψ1, ψ2, … ψn, то физически допустимой будет и суперпозиция этих состояний, т. е. состояние ψ = с1ψ1 + с2ψ2, +… + сnψn, где с1, с2, …, сn – произвольные комплексные числа. То есть в квантовой механике волновые функции складываются.

Можно пояснить это подробнее. Допустим, есть некоторая физическая величина f, характеризующая состояние квантовой системы. В общем случае она может принимать ряд либо дискретных, либо непрерывных значений. Значения, которые может принимать данная физическая величина, называются ее собственными значениями fn. Обо-

значим волновую функцию системы в состоянии, в котором величина f имеет значение fn, посредством ψn. Волновые функции ψn называются

собственными функциями данной физической величины f. Измерение, произведенное над системой, находящейся в произвольном состоянии с волновой функцией Ψ, даст в результате одно из собственных значений fn. В соответствии с принципом суперпозиции можно утверждать,

что волновая функция должна представлять собой линейную комбинацию тех из собственных функций ψn, которые соответствуют значениям

26

fn, могущим быть обнаруженными с отличной от нуля вероятностью

при измерении, произведенном над системой в рассматриваемом состоянии. Поэтому в общем случае произвольного состояния функция ψ может быть представлена в виде ряда ψ = с1ψ1 + с2ψ2, + … + сnψn.

Наиболее существенным в нашем случае является то, что кван- тово-механическая система согласно принципу суперпозиции находится сразу одновременно во всех точках пространственно-временного континуума, т. е. квантовый объект до измерения находится в необычном, «размазанном», «суперпонированном» состоянии.

Эту ситуацию демонстрирует знаменитый парадокс с «кошкой Шредингера». В мысленном эксперименте кошка находится в стальной камере, вместе со счетчиком Гейгера, в котором находится очень маленькое количество радиоактивного вещества, настолько незначительное, что в течение одного часа может произойти распад только одного атома. Но с равной вероятностью такого распада может и не произойти. Если распад атома происходит, то срабатывает счетчик Гейгера, и приводит в действие реле с молоточком, который разбивает колбу с синильной кислотой, убивающей кошку. В соответствии с принципом суперпозиции, если рассматривать систему как целое (т. е. кошка + ядро атома), кошка до распада ядра находится в странном «смешанном» состоянии, будучи и живой, и мертвой одновременно.

Несмотря на кажущуюся парадоксальность, принцип суперпози-

ции имеет объективные корни. Например, при распаде К0-мезона эта частица «проделывает нечто совсем иное. Временами мезон распадается, а порой превращается в частицу другого сорта. Характеристическая вероятность этого эффекта по мере ее движения меняется очень странно. Ничего другого, похожего на это, в природе нет»

[27, с. 236–237].

2. Измерение описывает поведение сложной составной системы (прибора и микрочастицы). Процесс измерения заключается в том, что эти две части системы, рассматриваемые как части целого, начинают взаимодействовать друг с другом. В результате взаимодействия прибор переходит из начального квантового состояния в конечное, и по последнему делается вывод о квантовом состоянии измеряемой системы. До измерения каждая часть системы характеризуется «чистым квантовым состоянием», описываемым своей волновой функцией, изменяющейся во времени. В момент измерения происходит взаимодействие между частями системы, и вся система переходит в новое «смешанное

27

квантовое состояние», где состояние каждой части описывается «смесью двух состояний» – «чистого» и «смешанного». Весь математический аппарат описания измерения приведен у де Бройля [28]. Но в эксперименте не наблюдается «смешанного квантового состояния» и происходит скачкообразное изменение волновой функции, описывающей «смешанное квантовое состояние» (редукция волновой функции) к одному из ее значений. Такой скачок никак не описывается квантовой механикой и никак ей не объясняется.

3.Зависимость от «иного» и целостность квантового явления. Под зависимостью от иного понимается относительность объекта к средствам наблюдения в терминах Фока. «Новый способ описания явлений должен учитывать реальные возможности измерений, связанных с микрообъектами. Мы не должны приписывать объектам таких свойств (и таких состояний движения), констатация которых принципиально невозможны. Поэтому следует обратить особое внимание на условия, необходимые для такой констатации. Мы должны учесть устройство

идействие приборов, создающих те физические условия, в которых находится объект. Как мы уже говорили выше, приборы и внешние условия должны описываться классически, путем задания значения параметров, их характеризующих. Разумеется, эти параметры могут задаваться лишь с точностью, допускаемой неравенствами Гейзенберга; иначе мы выйдем за пределы реальных возможностей устройства приборов» [29, с. 14–15]. Физические свойства объектов зависят от средств наблюдения – приборов. В зависимости от прибора (детектора, фильтра, отверстия в экране) микрочастица проявляет себя либо как волна, либо как частица.

Целостность квантово-механического феномена является одним из его фундаментальных свойств и тесно связана с другими квантовыми особенностями: принципами суперпозиции, нелокальности, причинности. «Идея целостности, не сводимой к классическим формам, содержится и в принципе неразличимости частиц, и в принципе Паули,

ив уравнении Шредингера. Например, уравнение Шредингера для системы многих микрообъектов записывается не для каждого из них, а для общей волновой функции, определенной в пространстве конфигураций всех частиц» [30, с. 475].

4.Динамизм квантовых явлений. Под динамизмом понимается не только перемещение микрочастиц, но и процессы распада, рождения, аннигиляции частиц, рождением виртуальных частиц, переход частиц друг в друга. Основной формой «жизни микрочастиц» является

28

непрерывное испускание и поглощение одних частиц другими. Таким образом, под динамизмом в микромире понимается любое изменение вообще.

Наиболее полно динамические процессы изучаются в квантовой электродинамике, использующей теорию поля с ее методами вторичного квантования для квантово-механических систем с неограниченным числом частиц высоких энергий, описание которых должно проводиться в рамках релятивистской теории. Этим релятивистская квантовая механика отличается от ортодоксальной (нерелятивистской) квантовой механики, охватывающей системы с неизменным количеством частиц с методами первичного квантования.

Теория поля использует метод вторичного квантования, учитывающий взаимные превращения частиц, порождение одних и уничтожение других. Теория использует не только операторы энергии, импульса, как в обычной квантовой механике, но и вводит операторы рождения и уничтожения частиц. Одним из следствий этой теории является утверждение о существовании физического вакуума. Физический вакуум представляет собой не пустоту, а особое энергетическое состояние полей всех населяющих его частиц. Если полю, находящемуся в вакуумном состоянии, сообщить достаточную энергию, то происходит возбуждение поля, т. е. рождение частицы – кванта этого поля. Так появляется возможность описать возникновение частиц как переход из «ненаблюдаемого» вакуумного состояния в наблюдаемое.

Онтологическая картина квантовой реальности с ее особенностями сначала была сформулирована Гейзенбергом, затем была развита Фоком, а ее философский анализ был сделан А. Ю. Севальниковым. Гейзенберг исходил от принципа суперпозиции и выделил основную онтологическую дефиницию квантовой механики – понятие состояния. Он утверждал, что система до наблюдения находится во всех возможных квантовых состояниях, которые сосуществуют друг с другом, присутствуют в качестве возможностей. Таким образом, понятие возможности, развитой в метафизике Аристотеля выдвинулось в квантовой

29

механике на первый план. Фок шел от принципа относительности объекта к средствам наблюдения и вводил понятия «потенциальной возможности» и «осуществившегося», которые были по смыслу к понятиям «бытие в возможности» и «бытие в стадии завершения» (энтелехия) Стагирита. В отличие от Гейзенберга, Фок настаивал на объективности процесса. «Описываемое волновой функцией состояние объекта является объективным в том смысле, что оно представляет объективную (независимую от наблюдения) характеристику потенциальных возможностей того или иного результата взаимодействия атомного объекта с прибором. В этом же смысле оно относится именно к данному единичному объекту. Но это объективное состояние не является еще действительным в том смысле, что для объекта в данном состоянии указанные потенциальные возможности еще не осуществились. Переход от потенциально возможного к осуществившемуся происходит в заключительной стадии эксперимента» [31, с. 12].

На основе представлений Фока А. Ю. Севальников создает тетрадную онтологическую модель квантово-механической реальности, подходящую для описания наномира. В ее основе лежат следующие категории Аристотеля [32]:

ουσια – сущность, «чтойность»; δυναμισ – возможность, потенциальность, потенция;

ενεργεια – энергия, деятельность, действие, акт, осуществление; εντελεχεια – энтелехия, действительность, актуализованность. Среди этих понятий главным является понятие сущности вещи,

тождественное с ней самой, наделяемой свойствами субстанции и познаваемой в чувственном опыте. Но вовсе не чувственным вещам отдает приоритет Аристотель. Как и Платон, он обращается к миру неподвижных сущностей (форм) и наделяет его действительностью. Аргументы его следующие: 1) если все познается чувственно, то нет ничего, что постигалось бы умом, и невозможно было бы строить науку; 2) в чувственном мире все преходяще и находится в состоянии движения, а если нет ничего вечного, то невозможно возникновение, и, кроме того, в мире нет никакого порядка. Дальше Аристотель постулирует, что всякое единичное имеет в качестве основания своего бытия сущность вечную, неподвижную и неизменную, постигаемую умом, и онато и является целью науки о сущем – метафизики. Эта вечная сущность (Перводвигатель) и есть сверхчувственный уровень сущего, или мир актуального, действительного.

30