Философские проблемы наномира. Монография

Масса и скорость используются для вычисления будущих динамических состояний точки.

Для объяснения природных процессов физика Ньютона использует действующую причину и возводит ее в абсолют, такое истолкование природы называется механистическим. Действующая причина при этом отождествляется с силами (гравитации, инерции, трения), которые перемещают тела. Траектории тел рассматриваются как следствия действия на них различных сил.

Случайность при таком подходе из объяснений и законов исключается, она рассматривается как субъективная. Случайность выражает не объективное состояние вещей, а степень нашего незнания о них и то лишь временно – до тех пор, пока прогресс науки не приведет к точному и достоверному знанию. Механика предъявляет жесткие требования к эксперименту, поскольку нужна абсолютная точность в измерениях. Но при измерениях всегда есть неточность, исключить ее невозможно. Таким образом, существуют гносеологические ошибки, связанные с несовершенством приборов и с органами чувств наблюдателя. Требуя абсолютного детерминизма, механика Ньютона все же не может исключить случайность из экспериментов.

Абсолютизация причинных связей в классической механике привела к отождествлению причинности с необходимостью и к отрицанию случайности в природе. Такая точка зрения была сформулирована Лапласом (апофеоз механистического детерминизма), считавшим, что, зная координаты всех частиц во Вселенной, можно в любой момент времени определить ее состояние: «Ум, которому были бы известны для какого-либо момента все силы, одушевляющие природу, и относительное положение всех ее составных частей, если бы вдобавок оказался обширным, чтобы подчинить эти данные анализу, обнял бы в одной формуле движения величайших тел Вселенной наравне с движениями легчайших атомов: не осталось бы ничего, что было бы для него недостоверно, и будущее, также как и прошедшее, предстало бы перед его взо-

ром» [43, с. 9].

Движение в механике Ньютона разбивается на ряд поступательных этапов, каждый из которых вытекает из последующего и определяет предыдущий, что позволяет точно предсказывать положение материальной точки в любой момент времени. Это означает, что природа, как автомат, действует согласно предписанной программе, как необходимости, вложенной в нее создателем. Этот тип детерминации требует метафизики.

41

Неспособность классической механики дать точное описание микромира показало несостоятельность механистического детерминизма, которое заключалось в том, что при таком объяснении причина всегда предшествует следствию и между причиной и следствием устанавливается жесткая логическая связь. Так, зная начальные координаты и скорость тела, всегда можно вычислить его траекторию.

Когда наука перешла к изучению элементарных частиц, то оказалось, что невозможно с одинаковой точностью определить скорость и положение микрочастицы. Это соотношение между неопределенностью положения и неопределенностью количества движения называется принципом неопределенности Гейзенберга.

С точки зрения классической механики принцип неопределенности кажется абсурдом. Исходя из квантовой физики, невозможно предсказать траекторию частицы, как это было в классической физике. В описании микромира обнаружился предел механики Ньютона, которая не могла построить модель, адекватную микромиру. Соотношение неопределенностей есть выражение невозможности наблюдать микромир, не нарушая его. Любая попытка истолкования микрофизических процессов должна опираться либо на корпускулярное, либо на волновое объяснение свойств частиц. Корпускулярное описание используется для расчетов энергий и скоростей частиц, например при рассеивании электронов. Волновое описание применяется для расчетов местоположения частиц,

вчастности при прохождении электронов через тонкие пластинки. Корпускулярные и волновые свойства частиц должны дополнять друг друга

вмикромире. Эту мысль выразил Н. Бор в принципе дополнительности: «Понятие частицы и волны дополняют друг друга и в то же время противоречат друг другу, они являются дополняющими картинами происходящего» [44 с. 267]. Противоречия корпускулярно-волновых свойств частиц являются результатом взаимодействия частиц с макроскопическим прибором. В экспериментах наблюдается не действительная физическая реальность, а лишь квантовое явление, вызванное взаимодействием с прибором. Оба подхода к описанию микромира законны, но

противоречия между ними снять нельзя. Поэтому корпускулярные

иволновые свойства микрообъектов должны дополнять друг друга.

Вотличие от классической механики, в квантовой механике принцип механистического детерминизма как способ объяснения микрофизических процессов не работает. В микромире невозможно рассчитать траекторию отдельно взятой частицы, поскольку исследователь сталкивается с совместным действием всех частиц сразу. Неудача

42

также сопутствует экспериментальным обоснованиям принципа неопределенности, так как наблюдаемые в микромире явления изменяются под действием средств наблюдения, в результате чего они носят случайный характер.

Случайное или вероятностное поведение микрочастиц выражено в специфическом характере законов квантовой механики. Они являются статистическими, поскольку имеют дело с множеством частиц, а не с отдельными явлениями. Поведение этих частиц подчиняется законам больших чисел, в которых можно выделить устойчивую составляющую – частоту или вероятность появления какого-либо события. И тогда мы приходим к вероятностному детерминизму. Согласно его определению случайность детерминирована совместным действием частиц. Случай рассматривается как результат встречи или пересечения множества независимых причинных рядов различных событий. Взаимная связь рядов при этом не раскрывается. Вероятностный детерминизм, таким образом, представляет случайность в форме необходимости.

Таким образом, с переходом от классической к неклассической науке возникает другая модель детерминизма, называемая нелинейной: происходит отказ от принудительной внешней причины и причинность, например, в квантовой механике, начинает включать в себя случай. Предсказания становятся вероятностными. Мир еще понимается закрытым и созданным, но уже динамичным и нестабильным.

В постнеклассической науке была сделана попытка объединить динамические и статистические способы описания явлений природы на базе синергетики. Синергетика описывает поведение саморазвивающихся систем, которые даже с малым числом компонент обнаруживают случайное поведение. Объясняется это тем, что в открытых диссипативных системах, таких как: живая клетка, ячейки Бенара в жидкости, частицы в твердотельном лазере, колебательные химические реакции, микроизменения порождают макроизменения (движения к тому или иному устойчивому термодинамическому состоянию – аттрактору) за счет постоянного притока энтропии извне. В системе нарастает беспорядок, а термодинамические параметры начинают отклоняться от средних величин. Система проходит точку бифуркации, в которой хаос максимален, и соответственно, динамические описания, использующие причинные связи, непригодны для этого случая. До точки бифуркации и в самой точке бифуркации используются статистические законы, учитывающие случайное поведение системы. После прохождения системой точки бифуркации, когда она достигла устойчивого состояния,

43

применяются динамические законы. Но само понятие флуктуации, как показал анализ В. И. Курашова, в этой концепции является метафизическим. «С одной стороны, мы можем придавать флуктуациям онтологический статус случайности. С другой – мы можем утверждать, что это статус случайности обусловлен ограниченностью наших познавательных возможностей необходимости. В последнем случае можно утверждать: всякая флуктуации, вызвавшая в точке бифуркации эволюцию системы к соответствующему аттрактору, необходима, а не случайна и соответственно реальной альтернативы данному «аттрактору» в точке «бифуркации» системы не было. Иными словами, можно утверждать, вопреки основным постулатам теории самоорганизации, что и «точка бифуркации», и «аттрактор» есть просто точки необходимых и предопределенных состояний системы» [45, с. 58].

В постнеклассической науке доминирует нелинейная модель детерминизма. Мир уже не предполагает внешнюю причину в качестве его трансформации, он является открытым, а развитие понимается как непредсказуемая смена состояний системы, каждое из которых не является ни причиной, ни следствием по отношению к последующему состоянию (идея ветвления). Развитие отождествляется с самоорганизацией (эволюцией) системы, которая проходит через особые неустойчивые хаотические критические состояния, порождая новые и разнообразные упорядоченные формы. Полного отказа от детерминизма нет, он сохраняется в виде причинности, которая действует на отдельных участках эволюционного процесса. Фактор случайности воплощен в идее флуктуации параметров системы, далекой от точки термодинамического равновесия. Такие воззрения применимы лишь к открытым и нелинейным динамическим системам. В целом мир понимается как открытая, спонтанная динамическая система, в которой хаос играет конструктивную роль. Ясно, что такой мир не нуждается в творце и метафизике.

1 . 3 . 5 . Н а н о м и р : ф р а к т а л ы , д и н а м и ч е с к и й х а о с

ин е л и н е й н ы й д е т е р м и н и з м

Впоследней четверти XX в. научная парадигма начинает использовать такие концепты, как: странные аттракторы, фракталы,

44

фрактальная геометрия, детерминированный (динамический) хаос, ре- тро-причинность [46]. Эти понятия используются сегодня как в фундаментальных исследованиях в астрономии, физике, химии, биологии, математике, так и в прикладных исследованиях в материаловедении, электротехнике, в информационных технологиях, науках о земле и компьютерной графике. Они меняют наши представления о строении природных объектов, об их пространственных и временных свойствах, их взаимодействии и типах детерминации.

С середины 80-х гг. понятия фрактал и фрактальная геометрия входят в понятийный аппарат ученых всего мира. В переводе с латинского языка фрактал означает состоящий из фрагментов. Существуют как природные фракталы (очертание гор, рек, морского берега, деревьев и сосудистой системы), так и искусственные (дендриты, кластеры).

Понятие фрактал было предложено Бенуа Мандельбротом в 1975 г. для обозначения нерегулярных, самоподобных структур. Самоподобие означает, что у фрактала нет масштаба, и если бы он был, то увеличенная копия отличалась бы от неувеличенной, исходной. Фрактальное самоподобие называют скейлингом, т. е. фрактал повторяет самого себя на разных масштабных уровнях, например, игрушка матрешка многократно повторяет свою форму при каждом ее уменьшении. Скейлинг означает, что соблюдается закон построения фрактала. Однако свойство самоподобия не является абсолютным, очень часто фракталы содержат небольшие искажения частей и тогда они называются стохастическими. В структурах таких фракталов существует единство симметрии и асимметрии.

Многие фракталы лишены геометрического самоподобия, но могут упорно воспроизводить статистические свойства целого, например, поверхности разлома горных пород и металлов, облака, турбулентные потоки, пена, гели, контуры частиц сажи, эти свойства объектов демонстрируют детерминацию частей целым.

Но так бывает не всегда, поскольку фракталы обладают бинарной природой, заключающейся в их экстенсивно-интенсивной двойственности, в ней сочетаются протяженность материи с ее делимостью [47]. Бинарная природа фракталов возвращает нас к древней проблеме Единого – множественного, поставленной в апориях Зенона и решенной Платоном. Платон решил эту проблему так – целое (Единое) может быть описано двумя неотделимыми друг от друга способами – сплошностью, непрерывностью (единством) и дикретностью (множественностью) [48]. С одной стороны, фракталы в наблюдении воспринимаются

45

нами как неделимое целое, а с другой стороны, как составное образование, которое можно делить и дальше, что дает картину чередования целостности и дискретности, непрерывности и делимости. Если идти вглубь строения вещества, то можно заметить, что с уменьшением размеров частиц начинают меняться свойства целого от механических, упругих, молекулярных до квантовых. Наконец, можно дойти до наномира, где существуют случайности, динамический хаос, квантовые эффекты и специфические свойства, которые зависят от фактора размерности частиц. И тогда свойства целого уже не сводятся к свойствам частей, что позволяет создавать материалы с уникальными свойствами с помощью различных технологий. Таким образом, рассматривая фрактал на различных уровнях организации материи, можно обнаружить различные виды детерминации частей целым.

Картину делимости фрактала задают два процесса – конвергенция и дивергенция. Конвергенция создает плотные объекты (процессы агрегации, коагуляции, сгущения), а дивергенция есть дробление или рассевание объектов (процессы диффузии, дисперсии, разрежения). Проявление этих процессов делает возможным наблюдение с различной разрешающей способностью, поэтому в конвергентных областях всегда можно различить составную дивергентную структуру, а дивергентные части фрактала составлены из плотных частиц. Действие этих процессов приводит к тому, что природные объекты имеют неправильные негладкие формы и каждый участок является составным.

Фракталы имеют свои математические образы – это странные аттракторы, их источником является динамический хаос, который описывается системой нелинейных дифференциальных уравнений. Другое название динамического хаоса – детерминированный хаос, последний объединяет два противоположных по смыслу понятия: детерминизм, предполагающий необходимую связь между причиной и следствием, и хаос, нерегулярность, неупорядоченность, случайность. Этот вид хаоса порождается не случайным поведением большого количества элементов системы, не внешними воздействиями на систему, а внутренней сущностью нелинейных процессов [49]. Причина такого поведения кроется в специфических свойствах законов, управляющих движением, на языке математики это нелинейные дифференциальные уравнения.

Внешние воздействия представляют собой начальные состояния системы и не рассматриваются наукой случайными, потому что они не учитываются в системе нелинейных уравнений. Начальные состояния представляют собой измерения, а каждое измерение содержит ошибку,

46

некоторую неточность в фактической величине, зависящей от точности используемого измерительного устройства. Получается, что для хаотических систем предсказать будущий путь развития возможно лишь теоретически, только для тех случаев, когда начальное состояние можно измерить с абсолютной точностью. Но поскольку такой точности достичь невозможно, эти системы для всех практических применений непредсказуемы.

При этом следует отличать форму закона, математическое уравнение, которое описывает траекторию, и его реализацию в виде частного решения [50]. Форма закона не нарушает принципа детерминизма. Она просто говорит, что при определенных обстоятельствах невозможно осуществить те виды измерений, которые нужны для определения текущего состояния системы с достаточной точностью в целях предсказания ее будущих состояний. Но когда происходит реализация закона в виде частного решения дифференциального уравнения, если

внего введены начальные условия, то траектории имеют совершенно разные уникальные формы, расходящиеся или сходящиеся в фазовом пространстве. «Настоящая первопричина нерегулярности заключается

вспособности неустойчивых нелинейных систем экспоненциально разводить первоначально близкие траектории в ограниченной области фазового пространства. Эта чувствительность к начальным условиям была образно названа “эффектом бабочки”, поскольку взмах ее крыла

впринципе способен повлиять на траектории воздушных масс в глобальном масштабе. В фазовом пространстве детерминированный хаос отображается непрерывной траекторией, продолжающейся без самопересечений (иначе процесс замкнулся бы в цикл) и постепенно заполняющей некоторую ограниченную область фазового пространства. Таким образом, любую сколь угодно малую зону фазового пространства пересекает бесконечно большое количество отрезков траектории. Это и создает в каждой зоне “запутанную” ситуацию – хаос» [51].

Все это демонстрируют бифуркации и странные аттракторы, имеющие самые причудливые формы, что означает отсутствие регулярности и порядка в эволюционирующей системе. Тем не менее детерминация причины следствием сохраняется не только на отдельных участках траектории, но и на всей траектории в целом, поскольку диктуется формой математического закона. Так, явление динамического хаоса показывает, что детерминизм и хаос не противоречат друг другу.

Однако следует различать закон и движение по траектории согласно этому закону, которые между собой не отождествляются. Закон

47

движения есть эйдос и существует в мире идей Платона. Эйдос, согласно А. Лосеву, обладает как интегральной (общей), так и дифференциальной (отделительной) природой [52]. Интегральная сторона закона выражает собой общую идею закона, его смысл. А дифференциальная сторона закона представляет его конкретные воплощения в виде частных уравнений, описывающих конкретные области феноменального мира, тех или иных явлений и есть идеальная предметность, по Гуссерлю [53], как все духовные образования материального мира. Движение согласно закону, данным в потенции, должно быть регулярным, и мы можем предугадывать по его виду, где будет находиться система в любой момент времени. Таким образом, закон выражает собой необходимое в природе.

Другая ситуация возникает тогда, когда происходит реализация этого закона в виде частных нерегулярных траекторий и он дан актуально. Тогда реализация закона происходит в зависимости от начальных условий, он не выражается в виде универсальной функции. При этом траектории имеют совершенно разные формы, они причудливы и неповторимы. Это демонстрирует отсутствие регулярности, хаос и случайность.

Таким образом, закон выражает движение в аспекте необходимости, но само же движение демонстрирует случайное, когда происходит воплощение закона в виде частных уравнений. Необходимое рассматривается по отношению к закону, а случайное – по отношению к движению, поэтому эти категории рассматриваются как приложимые к разным объектам и снимается их дихотомия, когда они применяются по отношению к одному и тому же объекту.

1 . 4 . Д е т е р м и н и з м и п р о б л е м а в р е м е н и

1 . 4 . 1 . П р и ч и н н о с т ь и п р о б л е м а в р е м е н и в ф и л о с о ф и и И . К а н т а и А . Б е р г с о н а

Рассмотрим принцип детерминизма с гносеологических позиций, попытаемся ответить на вопрос: почему наше мышление так охотно

48

постулирует различные способы детерминации (детерминация частей целым, детерминация следствия причиной, детерминация одного состояния другим) и что стоит за этим принципом. Путеводной нитью в решении данного вопроса будет выступать философия А. Бергсона, его бинарные оппозиции: пространство – время, дискретность – непрерывность, необходимое – случайное, «я внутреннее» и «я внешнее», математическое время – психологическое время (длительность).

Принцип причинности связывает причину со следствием или настоящее с будущим. И понимание причинности связано со смыслом понятий пространства и времени. Классическая эпистемология, занимающаяся анализом этих понятий, добавляла еще больше разногласий. Вся трудность состояла в споре: есть ли пространство физическое качество тел или же пространство как субстанция существует независимо о них, хотя с ними связано.

Первый путь сводит пространство к абстракции и рисует его как вместилище тел (И. Ньютон). Тогда вопрос сводится к тому, что репрезентативные ощущения как общее имеют ощущения пустоты, из которых следует идея пространства (английская эмпирическая школа). Такое рассуждение представляет собой абсурд.

Другой путь связан с именем И. Канта, который считал пространство не абстракцией, а реальностью. В трансцендентальной эстетике он делает вывод, что пространство идеально и представляет собой рядоположение ощущений в сознании человека. Пространство представляет собой однородную среду, т. е. среду, лишенную всяческих качеств изза одновременного восприятия разумом всех ощущений сразу без их различения. Время также рассматривается как однородная среда, отличная от пространства, и связывается с рассудочной функцией различения ощущений. Однородность времени понимается как выстраивание множественных психических состояний человека в ряд с установлением порядка между элементами на основе их предварительного различия. Далее И. Кант отделяет материал сознания: ощущения и восприятия от его пустых логических форм – пространства и времени, служащих для упорядочивания чувственных элементов от внешнего мира. Смысл этой теории в различии между материалом сознания и его пустыми формами – однородным пространством и временем, через которые преломляется физический мир. Именно такое понимание однородности времени как среды, в которой факты сознания хоть и отличаются друг от друга, но все же подчиняются порядку, привела его к мысли, что в глубины человеческого сознания подчиняются причинным

49

отношениям. И одни и те же психические состояния способны воспроизводиться вновь и вновь и вызывать одни и те действия человека. Так, И. Кант, величайший защитник свободы воли человека, пришел в теории познания к детерминистическому пониманию действий человека. Во внутреннем мире человека действуют причинные отношения, которые разум переносит на природу и далее занимается поисками логических связей в окружающем мире [55]. Таково решение вопроса причинности И. Кантом и с ним было согласно большинство философов. Оспорить удалось его французскому философу А. Бергсону.

Кантовское понимание причинности, считает А. Бергсон, приписывает вещам длительность, аналогичную нашей длительности, независимую от природы последней: «Кант, с одной стороны, помещает вещи

всебе, а с другой стороны – однородное Время и Пространство, через которые вещи в себе преломляются: таким путем порождается, с одной стороны, феноменальное “я”, воспринимаемое разумом, а с другой стороны – внешние предметы. Время и Пространство поэтому столь же вне нас, сколь внутри нас, но само различение “внутри” и “вне” есть работа времени и пространства. Преимущество этой теории в том, что она придает нашей эмпирической мысли твердое основание и сообщает нам уверенность, что явления как таковые могут быть адекватно нами воспринимаемы» [56, с. 859].

Ошибка И. Канта состояла в том, что он принимал время за однородную среду и придавал ей смысл одновременности и упорядоченности психических элементов, отличных друг от друга. Но как только наш рассудок различает и тем самым устанавливает порядок между ними, то он уже имеет идею пространства. «Установив порядок в последовательности, мы тем самым превращаем ее в одновременность и проецируем ее

впространстве» [56, с. 770]. Аналитическая деятельность рассудка ведет нас, таким образом, не к идее времени, а к идее пространства.

Например, говорит философ, мы говорим, что прошла минута, и имеем в виду, что маятник часов отсчитал шестьдесят секунд. Единый акт разума охватывает эти шестьдесят ударов и мыслит их как шестьдесят точек на неподвижной линии, каждая из которых символизирует одно колебание маятника. Идея последовательности из этого познавательного акта исключается. Чтобы мыслить последовательность этих ударов, нужно представить каждое колебание отдельным и тем самым рядоположить свои ощущения и прийти к идее пространства. Но тогда человек обрекает себя на постоянное пребывание в настоящем, поскольку, чтобы мыслить каждое колебание отдельно, нужно исключить

50