Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное агентство по образованию ГОУ ВПО

Всероссийский Заочный Финансово-экономический институт

 

Контрольная работа

 

по предмету «Концепции Современного Естествознания »

студентки 1 курса (вечернее отделение)

Халаман Юлии.

Специальность БУ

 

Темы работы:

 

·        Этика науки. Биоэтика.

 

·        Квантово-механическая концепция в науке. Описание материи.

 

Выполнил:________________

 

Проверил: ________________

 

 

 

 

 

 

Воронеж

2008

Этика науки

 

Занятия наукой представляют собой довольно специфический род деятельности человека. Регулируясь наравне с прочими чело­веческими занятиями обычными моральными нормами и требова­ниями, они в то же время нуждаются и в некоторых дополнитель­ных этических регуляторах, учитывающих особый характер науч­ной деятельности. Изучением специфики моральной регуляции в научной сфере занимается такая дисциплина, как этика науки.

Предмет ее забот — отыскание и обоснование таких имеющих моральное измерение ценностей, норм и правил, которые бы спо­собствовали, во-первых, большей эффективности научного труда, а во-вторых, его безупречности с позиций общественного блага.

Система подобных ценностей, норм и принципов называется этосом науки. Он охватывает два круга научно-этических проблем.

1ервый связан с регуляцией взаимоотношений внутри самого научного сообщества, второй вызван к жизни «обострением отношений» между обществом в целом и наукой как одним из многих социальных институтов.

 

Этика научного сообщества

 

«Внутренний» этос науки, формируемый на основе приме­нения к научной деятельности этического оценочного разделения явлений на «добро» и «зло», включает следующие принципы:

• самоценность истины;

• новизну научного знания как цель и решающее условие ус­пеха ученого;

• полную свободу научного творчества;

• абсолютное равенство всех исследователей «перед лицом истины»;

• научные истины — всеобщее достояние;

• исходный критицизм и др.

В краткой расшифровке эти принципы означают следующее.

(А) Высшей ценностью деятельности в сфере науки является истина. Занимаясь ее поиском, ученый должен отбросить все «при­входящие» житейские и даже высокие социальные соображения: пользу, выгоду, славу, почет, уместность, приятность или неприят­ность и т.д. Только одна дихотомия имеет значение: «истинно — ложно», все остальное — за пределами науки. Какой бы «печаль­ной» или «низкой» ни оказалась обнаруженная истина, она должна восторжествовать. Если наука, тесня религию, лишает человека привычного смысла его существования и надежды на бессмертие души — грустно, конечно, но истина превыше всего!

(Б) Наука может существовать только в «режиме велосипеди­ста»: пока крутишь педали — едешь, перестанешь — упадешь. Нау­ка жива только непрерывным приращением, обновлением знания, причем не составляют исключения и фундаментальные, универ­сальные научные теории и принципы. В сфере, например, искус­ства можно сотни лет играть одну и ту же пьесу или читать один и тот же роман — интерес не пропадает. В области морали повторе­ние одних и тех же поведенческих шаблонов лишь делает их проч­нее и авторитетнее. В науке же по-настоящему интересно лишь то, что ново. Новаторство как цель науки есть следствие ее ведущей функции — объяснительной. Если после объяснения все понятно, зачем же объяснять второй раз? Новаторство как этическая ценность науки спасает ее от застоя, вырождения и ограниченности сиюминутными запросами общества.

(В) Мощь и стремительность развития науки не в последнюю очередь объясняются тем, что ученые сами, в меру своего любопыт­ства и интуиции, определяют предмет исследовательских интересов. Действия не «по нужде», а на основе свободного выбора всегда бы­вают много успешнее. При этом для науки не существует запретных тем. Начав с раскрытия секретов природы, она постепенно подобра­лась и к человеку. Уяснение основ нервной и гормональной регуля­ции функций человеческого организма, расшифровка его генома и другие достижения науки делают «природу человека» все менее та­инственной. Однако если, не дай бог, выяснится, что прав Зигмунд Фрейд, объявивший мозг человека всего лишь «приложением к по­ловым железам», вспоминать о пользе религиозных запретов на изу­чение внутреннего устройства человека будет уже поздно.

(Г) Наука — институт в целом весьма демократичный. Она вы­нуждена быть такой, ибо известно, что подавляющее большинство открытий в науке делается очень молодыми людьми, еще не обре­мененными званиями, должностями и прочими регалиями. И для успеха общего дела (постижения истины) просто необходимо посту­лировать принцип абсолютного равенства всех исследователей «пе­ред лицом истины», невзирая ни на какие титулы и авторитеты.

(Д) Любой ученый, получивший интересные результаты, всегда стремится побыстрее их обнародовать. Причем он не просто хочет, он обязан это сделать! Ибо открытие только тогда становится от­крытием, когда оно проверено и признано научным сообществом. При этом на научные открытия не существует права собственно­сти. Они являются достоянием всего человечества. Тот, кто полу­чает выдающийся научный результат, не вправе монопольно им распоряжаться. В противном случае будут разрушены единство на­учного знания, а также составные элементы его обязательности: общедоступность и воспроизводимость.. Наука ведь и родилась-то только тогда, когда тщательно укрываемое в ореоле священности знание перестало быть монополией избранных (жрецов) и сдела­лось всеобщим достоянием.

(Е) Акцент научной деятельности на новизну получаемых ре­зультатов имеет одним из своих следствий масштабный критицизм по отношению как к уже принятым, так и новым идеям. Всякая новая теория, с одной стороны, поневоле отрицает, преподносит в критическом свете уже существующую, a q другой — она сама по-

падает под огонь критики сложившейся научной традиции. Из этой ситуации наука извлекает двойную выгоду: во-первых, не по­зволяет себе «почивать на лаврах», а во-вторых, тщательно фильт­рует предлагаемые во множестве гипотезы, осторожно отбирая только подлинные новации. Поэтому критичность в науке — это норма. А поскольку критичны в науке все, то нормой является и непременное уважение к критическим аргументам друг друга.

Охарактеризованные выше основные принципы этоса науки порождают множество менее объемных, более «технических» тре­бований к деятельности ученого. Среди последних: обязательность для научных работ ссылок на авторство тех или иных идей, запрет плагиата, прозрачность методов получения конечных результатов, ответственность за достоверность приводимых данных и т.д.

Назначение всех этих принципов и норм — самосохранение науки и ее возможностей в поисках истины. И все это не просто технический регламент, но одновременно и этические принципы. С моралью их роднит то, что контролируется их выполнение глав­ным образом моральными механизмами внутреннего контроля личности: долгом, честью, совестью ученого. Да и нарушения их караются в основном моральными санкциями.

Этика науки как социального института

Второй круг проблем, связанных с моральной регуляцией научного творчества, возникает в XX в. в связи с превращением науки в непосредственную производительную силу и обретением ею влияния планетарного масштаба. Моральное измерение регла­ментация науки в этом случае получает потому, что деятельность в данной сфере начинает сказываться на интересах общества (чело­вечества) в целом не всегда в позитивном духе. И тому есть не­сколько оснований:

• создание современной экспериментальной базы и информа­ционного обеспечения науки требуют отвлечения огромных мате­риальных и людских ресурсов, и обществу далеко не безразлично, насколько эффективно эти ресурсы используются;

• в поле зрения сегодняшней науки попали природные объек­ты, в которые включен в качестве составного элемента сам чело­век: это экологические, биотехнологические, нейро-информационные и прочие системы, предельным случаем которых является вся биосфера целиком; экспериментирование и взаимодействие с такими объектами потенциально содержат в себе катастрофические для человека последствия; поэтому внутринаучные ценно­сти (стремление к истине, новизне и проч.) обязательно должны быть скорректированы ценностями общегуманистическими, об­щечеловеческими;

• даже если научные исследования не угрожают безопасности всего человечества, не менее важно исключить возможность на­несения ими ущерба правам и достоинству любого отдельного человека;

• выбор конкретной стратегии научного поиска сегодня уже не может осуществляться на основе внутринаучных целей и мо­тивов, но требует учета четко просчитанных общесоциальных це­лей и ценностей, диктующих приоритетность решения множества проблем: экологических, медицинских, борьбы с бедностью, го­лодом и т.д.

Таким образом, потребность в этической (равно как и в пра­вовой) регуляции науки как социального института в конце XX в. порождена тем, что некоторые цели — ценности внутреннего этоса науки столкнулись с ценностями общесоциального и инди­видуального порядка. Наука, например, на протяжении всей сво­ей истории рьяно отстаивала требование полной свободы творче­ства и выбора стратегий научного поиска и экспериментирова­ния. Современные же требования общественного (этического, по­литического, правового) контроля за принятием в науке ключе­вых решений приводят научное сообщество в некоторое смуще­ние. Возникшая дилемма и в самом деле непроста: либо позво­лить обществу придирчиво контролировать (неизбежно бюрокра­тично и малокомпетентно) живую жизнь науки, либо выработать собственные дополнительные социально-этические регуляторы научного творчества и добиться их действенности. В настоящее время работа ведется по обоим направлениям. Но поскольку сама цель таких усилий противоречива (как сохранить свободу науч­ного творчества в условиях введения ограничений по мотивам защиты прав и интересов граждан?), дело продвигается трудно.

Итоговое же решение проблемы наверняка будет диалектиче­ским, т.е. совмещающим противоположности. Свобода, как из­вестно со слов Бенедикта Спинозы, есть познанная необходимость. (Когда родители насильно заставляют ребенка умываться или чис­тить зубы, он, конечно, не свободен и даже страдает от таких огра­ничений его свободы. Но повзрослев, человек совершает те же са­мые нехитрые операции совершенно добровольно, свободно, ибо их необходимость осознана.)

Свобода научного творчества также должна быть изнутри де­терминирована необходимостью принятия ограничений, связан­ных с возможными негативными последствиями научных исследо­ваний. Если необходимость этих ограничений понята и принята добровольно, свобода научного поиска сохраняется!

Конечно, общество не может ждать, пока весь ученый мир осознает необходимость самоограничений. Оно не может себе позволить оказаться в зависимости от прихоти какого-нибудь не­признанного научного гения, решившего, например, в поисках геростратовой славы клонировать человека или собрать на дому ядерный заряд. Поэтому общество вводит правовые ограничения на потенциально социально-опасные исследования и экспери­менты. Так, принятая в 1997 г. Парламентской Ассамблеей Сове­та Европы «Конвенция по биомедицине и правам человека» од­нозначно запретила создание эмбрионов человека в исследова­тельских целях, вмешательство в геном человека с целью измене­ния генома его потомков и т.д. А после появившихся сенсацион­ных сообщений о клонировании овец Советом Европы был при­нят специальный Дополнительный протокол к Конвенции (всту­пил в силу 1 марта 2001 г.), запрещающий «любые действия с це­лью создания человеческого существа, идентичного другому че­ловеческому существу, живому или мертвому».

И хотя в декабре 2001 г. Европарламент отклонил закон, за­прещающий клонирование человека, законы такого рода уже приняты в девяти странах ЕС. В России в мае 2002 г. был принят Федеральный закон «О временном запрете на клонирование че­ловека». Запрет вводится сроком на пять лет. При этом терапев­тическое клонирование тканей закон не запрещает. В настоящее время в ООН обсуждается международное соглашение, которое должно запретить клонирование человека с репродуктивными целями.

Однако юридические запреты не решают проблему полно­стью, поскольку вряд ли они смогут остановить научных или по­литических авантюристов. В каком-то смысле этические ограни­чители более надежны, так как встроены во внутренние психо­логические механизмы поведения людей. Поэтому правовая регу­ляция научно-исследовательской деятельности не отменяет и не уменьшает необходимости регуляции моральной. Только личная моральная ответственность ученого за возможные неблагоприят­ные последствия его экспериментов, развитое чувство морального долга могут послужить надежным гарантом предотвращения трагических соционаучных коллизий.

Лейтмотив сегодняшней этики науки можно сформулировать гак; «Интересы отдельного человека и общества выше интересов науки!» Принять такое требование нынешнему научному сообщест­ву непросто. Проблема так никогда ранее не стояла. Молчаливо подразумевалось, что любое знание — это в принципе благо, и по­этому интересы пауки и общества всегда совпадают, а не сталкива­ются. Увы. XX в. развеял и эту иллюзию. Афоризм же: «Знание — сила» пока не пересмотрен. Но уточнен: сила знания, оказывается, может быть как доброй, так и пой. А отличить одно от другого по­могает этика науки.

Квантово-механическая концепция описания микромира

 

При переходе к исследованию микромира обнаружилось, что физическая реальность едина и нет пропасти между веществом и полем.

Изучая микрочастицы, ученые столкнулись с парадоксальной с точки зрения классической науки ситуацией: одни и те же объекты обнаруживали как волновые, так и корпускулярные свойства.

Первый шаг в этом направлении был сделан немецким физи­ком М. Планком. Как известно, в конце XIX в. в физике возникла трудность, которая получила название «ультрафиолетовой катаст­рофы». В соответствии с расчетами по формуле классической электродинамики интенсивность теплового излучения абсолютно черного тела должна была неограниченно возрастать, что явно про­тиворечило опыту. В процессе работы по исследованию теплового излучения, которую М. Планк назвал самой тяжелой в своей жиз-

ни, он пришел к ошеломляющему выводу о том, что в процессах излучения энергия может быть отдана или поглощена не непре­рывно и не в любых количествах, а лишь в известных неделимых порциях — квантах. Энергия квантов определяется через число колебаний соответствующего вида излучения и универсальную ес­тественную константу, которую М. Планк ввел в науку под симво­лом h : Е= И у.

Если введение кванта еще не создало настоящей квантовой тео­рии, как неоднократно подчеркивал М. Планк, то все же 14 декабря 1900 г., в день опубликования формулы, был заложен ее фунда­мент. Поэтому в истории физики этот день считается днем рож­дения квантовой физики. А поскольку понятие элементарного кванта действия служило в дальнейшем основой для понимания всех свойств атомной оболочки и атомного ядра, то 14 декабря 1900 г. следует рассматривать и как день рождения всей атомной физики и начало новой эры естествознания.

Первым физиком, который восторженно принял открытие элементарного кванта действия и творчески развил его, был А. Эйнштейн. В 1905 г. он перенес гениальную идею квантованного поглощения и отдачи энергии при тепловом излучении на излу­чение вообще и таким образом обосновал новое учение о свете.

Представление о свете как о потоке быстро движущихся кван­тов было чрезвычайно смелым, почти дерзким, в правильность ко­торого вначале поверили немногие. Прежде всего, с расширением квантовой гипотезы до квантовой теории света был не согласен сам М. Планк, относивший свою квантовую формулу только к рассматриваемым им законам теплового излучения черного тела.

А. Эйнштейн предположил, что речь идет о естественной за­кономерности всеобщего характера. Не оглядываясь на господ­ствующие в оптике взгляды, он применил гипотезу Планка к свету и пришел к выводу, что следует признать корпускулярную структуру света.

Квантовая теория света, или фотонная теория А. Эйнштейна, утверждала, что свет есть постоянно распространяющееся в миро­вом пространстве волновое явление. И вместе с тем световая энер­гия, чтобы быть физически действенной, концентрируется лишь в определенных местах, поэтому свет имеет прерывную структуру. Свет может рассматриваться как поток неделимых энергетических зерен, световых квантов, или фотонов. Их энергия определяется элементарным квантом действия Планка и соответствующим числом колебаний. Свет различной окраски состоит из световых квантов различной энергии.

Эйнштейновское представление о световых квантах помогло понять и наглядно представить явление фотоэлектрического эф­фекта, суть которого заключается в выбивании электронов из ве­щества под действием электромагнитных волн. Эксперименты по­казали, что наличие или отсутствие фотоэффекта определяется не интенсивностью падающей волны, а ее частотой. Если предполо­жить, что каждый электрон вырывается одним фотоном, то стано­вится ясно следующее: эффект возникает лишь в том случае, если энергия фотона, а следовательно, и его частота, достаточно велика для преодоления сил связи электрона с веществом.

Правильность такого толкования фотоэлектрического эффекта (за эту работу Эйнштейн в 1922 г. получил Нобелевскую премию по физике) через 10 лет получила подтверждение в экспериментах американского физика Р.Э. Милликена. Открытое в 1923 г. амери­канским физиком А.Х. Комптоном явление (эффект Комптона), которое отмечается при воздействии очень жесткими рентгенов­скими лучами на атомы со свободными электронами, вновь и уже окончательно подтвердило квантовую теорию света. Эта теория относится к наиболее подтвержденным экспериментально физиче­ским теориям. Но волновая природа света была уже твердо уста­новлена опытами по интерференции и дифракции.

Возникла парадоксальная ситуация: обнаружилось, что свет ведет себя не только как волна, но и как поток корпускул. В опытах по дифракции и интерференции проявляются его волно­вые свойства, а при фотоэффекте — корпускулярные. При этом фотон оказался корпускулой совершенно особого рода. Основ­ная характеристика его дискретности — присущая ему порция энергии — вычислялась через чисто волновую характеристику —

частоту у (Е = Ну).

Как и все великие естественно-научные открытия, новое учение о свете имело фундаментальное теоретико-познавательное значение. Старое положение о непрерывности природных процессов, которое было основательно поколеблено М. Планком, Эйнштейн исключил из гораздо более обширной области физических явлений.

Развивая представления М. Планка и А. Эйнштейна, француз­ский физик Луи де Бройль в 1924 г.выдвинул идею о волновых свойствах материи. В своей работе «Свет и материя» он писал о необходимости использовать волновые и корпускулярные представления не только в соответствии с учением А. Эйнштейна в теории света, но также и в теории материи.

Л. де Бройль утверждал, что волновые свойства, наряду с кор­пускулярными, присущи всем видам материи: электронам, прото­нам, атомам, молекулам и даже макроскопическим телам.

Согласно де Бройлю, любому телу с массой т, движущемуся со скоростью v, соответствует волна:

                                                              h

λ=mv

Фактически аналогичная формула была известна раньше, но только применительно к квантам света — фотонам.

В 1926 г. австрийский физик Э. Шредингер нашел математиче­ское уравнение, определяющее поведение волн материи, так на­зываемое уравнение Шредингера. Английский физик П. Дирак обобщил его.

Смелая мысль Л. де Бройля о всеобщем «дуализме» частицы и волны позволила построить теорию, с помощью которой можно было охватить свойства материи и света в их единстве. Кванты света стано­вились при этом особым моментом всеобщего строения микромира.

Волны материи, которые первоначально представлялись как наглядно-реальные волновые процессы по типу волн акустики, приняли абстрактно-математический облик и получили благодаря немецкому физику М. Борну символическое значение как «волны вероятности».

Однако гипотеза де Бройля нуждалась в опытном подтвер­ждении. Наиболее убедительным свидетельством существования волновых свойств материи стало обнаружение в 1927 г. дифрак­ции электронов американскими физиками К. Дэвиссоном и Л. Джермером. В дальнейшем были выполнены опыты по обнаружению дифракции нейтронов, атомов и даже молекул. Во всех случаях результаты полностью подтверждали гипотезу де Бройля. Еще бо­лее важным было открытие новых элементарных частиц, предска­занных на основе системы формул развитой волновой механики.

Признание корпускулярно-волнового дуализма в современной физике стало всеобщим. Любой материальный объект характери­зуется наличием как корпускулярных, так и волновых свойств.

Тот факт, что один и тот же объект проявляется и как частица и как волна, разрушал традиционные представления.

Форма частицы подразумевает сущность, заключенную в ма­лом объеме или в конечной области пространства, тогда как вол-

на распространяется по его огромным областям. В квантовой фи­зике эти два описания реальности являются взаимоисключающи­ми, но равно необходимыми для того, чтобы полностью описать рассматриваемые явления.

Окончательное формирование квантовой механики как по­следовательной теории произошло благодаря работам немецкого физика В. Гейзенберга, установившего принцип неопределенно­сти? и датского физика Н. Бора, сформулировавшего принцип дополнительности, на основании которых описывается поведе­ние микрообъектов.

Суть соотношения неопределенностей В. Гейзенберга заключает­ся в следующем. Допустим, ставится задача определить состояние движущейся частицы. Если бы можно было воспользоваться зако­нами классической механики, то ситуация была бы простой: сле­довало лишь определить координаты частицы и ее импульс (коли­чество движения). Но законы классической механики для микро­частиц применяться не могут: невозможно не только практически, но и вообще с одинаковой точностью установить место и величину движения микрочастицы. Только одно из этих двух свойств можно определить точно. В своей книге «Физика атомного ядра» В. Гейзенберг раскрывает содержание соотношения неопределенностей. Он пишет, что никогда нельзя одновременно точно знать оба пара­метра — координату и скорость. Никогда нельзя одновременно знать, где находится частица, как быстро и в каком направлении она движется. Если ставится эксперимент, который точно показы­вает, где частица находится в данный момент, то движение наруша­ется в такой степени, что частицу после этого невозможно найти. И наоборот, при точном измерении скорости нельзя определить место расположения частицы.

С точки зрения классической механики, соотношение неопре­деленностей представляется абсурдом. Чтобы лучше оценить соз­давшееся положение, нужно иметь в виду, что мы, люди, живем в макромире и в принципе не можем построить наглядную модель, которая была бы адекватна микромиру. Соотношение неопределен­ностей есть выражение невозможности наблюдать микромир, не нарушая его. Любая попытка дать четкую картину микрофизиче­ских процессов должна опираться либо на корпускулярное, либо на волновое толкование. При корпускулярном описании измере­ние проводится для того, чтобы получить точное значение энергии и величины движения микрочастицы, например, при рассеивании электронов. При экспериментах, направленных на точное определение места, напротив, используется волновое объяснение, в част­ности, при прохождении электронов через тонкие пластинки или при наблюдении отклонения лучей.

Существование элементарного кванта действия служит препят­ствием для установления одновременно и с одинаковой точностью величин «канонически связанных», т.е. положения и величины движения частицы.

Фундаментальным принципом квантовой механики наряду с соотношением неопределенностей является принцип дополнитель­ности, которому Н. Бор дал следующую формулировку: «Понятия частицы и волны дополняют друг друга и в то же время противо­речат друг другу, они являются дополняющими картинами про­исходящего»¹.

Противоречия корпускулярно-волновых свойств микрообъек­тов являются результатом неконтролируемого взаимодействия микрообъектов и макроприборов. Имеется два класса приборов: в одних квантовые объекты ведут себя как волны, в других — подоб­но частицам. В экспериментах мы наблюдаем не реальность как та­ковую, а лишь квантовое явление, включающее результат взаимо­действия прибора с микрообъектом. М. Борн образно заметил, что волны и частицы — это «проекции» физической реальности на экс­периментальную ситуацию.

Ученый, исследующий микромир, превращается, таким обра­зом, из наблюдателя в действующее лицо, поскольку физическая реальность зависит от прибора, т.е. в конечном счете от произвола наблюдателя. Поэтому Н. Бор и считал, что физик познает не саму реальность, а лишь собственный контакт с ней.

Существенной чертой квантовой механики является вероятно­стный характер предсказаний поведения микрообъектов, которое описывается при помощи волновой функции Э. Шредингера. Вол­новая функция определяет параметры будущего состояния микро­объекта с той или иной степенью вероятности. Это означает, что при проведении одинаковых опытов с одинаковыми объектами ка­ждый раз будут получаться разные результаты. Однако некоторые значения будут более вероятными, чем другие, т.е. будет известно лишь вероятностное распределение значений.

С учетом факторов неопределенности, дополнительности и ве­роятности Н. Бор дал так называемую «копенгагенскую» интерпретацию сути квантовой теории: «Раньше было принято считать, что физика описывает Вселенную. Теперь мы знаем, что физика описывает лишь то, что мы можем сказать о Вселенной»¹.

Позицию Н. Бора разделяли В. Гейзенберг, М. Борн, В. Пау­ли и ряд других менее известных физиков. Сторонники копенга­генской интерпретации квантовой механики не признавали при­чинность или детерминизм в микромире и считали, что в основе физической реальности лежит фундаментальная неопределен­ность — индетерминизм.

Представителям копенгагенской школы резко возражали Г.А. Лоренц, М. Планк, М. Лауэ, А. Эйнштейн, П. Ланжевен и др. А. Эйнштейн писал по этому поводу М. Борну: «В наших на­учных взглядах мы развились в антиподы. Ты веришь в играю­щего в кости Бога, а я — в полную закономерность объективно сущего... В чем я твердо убежден, так это в том, что в конце кон­цов остановятся на теории, в которой закономерно связанными будут не вероятности, но факты»². Он выступал против принципа неопределенности, за детерминизм, против той роли, которую в квантовой механике отводят акту наблюдения. Дальнейшее раз­витие физики показало правоту Эйнштейна, который считал, что квантовая теория в существующем виде просто является незакон­ченной: то, что физики пока не могут избавиться от неопреде­ленности, свидетельствует не об ограниченности научного мето­да, как утверждал Н. Бор, а лишь о незавершенности квантовой механики. Эйнштейн приводил все новые и новые аргументы в подтверждение своей точки зрения.

Наиболее известен так называемый парадокс Эйнштейна — По­дольского — Розена, или ЭПР-парадокс, при помощи которого они хотели доказать незавершенность квантовой механики. Парадокс представляет собой мысленный эксперимент: что случится, если со­стоящая из двух протонов частица распадется так, что протоны раз­летятся в противоположные стороны? Из-за общности происхожде­ния их свойства связаны или, как говорят физики, коррелируют друг с другом. По закону сохранения импульса, если один протон полетит вверх, то второй — обязательно вниз. Измерив импульс одного протона, мы обязательно узнаем и импульс другого, даже если он улетел на другой конец Вселенной. Между частицами

существует нелокальная связь, которую Эйнштейн назвал «дейст­вием призраков на расстоянии», при котором каждая частица в каждый любой момент времени знает, где находится другая и что с ней происходит.

ЭПР-парадокс несовместим с неопределенностью, постули­руемой в квантовой механике. Эйнштейн считал, что есть какие-то скрытые параметры, которые не учтены. Вопросы: существует ли детерминизм и причинность в области микромира; полна ли квантовая механика; существуют ли скрытые параметры, которые она не учитывает, были предметом дискуссий физиков более по­лувека и нашли свое разрешение на теоретическом уровне только в конце XX в.

В 1964 г. Дж. С. Белл обосновал положение, согласно которо­му квантовая механика предсказывает более сильную корреляцию между взаимно связанными частицами, чем та, о которой говорил Эйнштейн.

Теорема Белла утверждает: если некоторая объективная Все­ленная существует и если уравнения квантовой механики струк­турно подобны этой Вселенной, то между двумя частицами, когда-либо входившими в контакт, существует некоторый вид нелокаль­ной связи¹. Суть теоремы Белла заключается в том, что не суще­ствует изолированных систем: каждая частица Вселенной нахо­дится в «мгновенной» связи со всеми остальными частицами. Вся система, даже если ее части разделены огромными расстояниями и между ними отсутствуют сигналы, поля, механические силы, энер­гия и т.д., функционирует как единая система.

В середине 80-х годов А. Аспект (Парижский университет) проверил эту связь экспериментально, изучая поляризацию пар фо­тонов, испускаемых одним источником в направлении изолиро­ванных детекторов. При сравнении результатов двух серий измере­ний между ними обнаружилась согласованность. С точки зрения известного физика Д. Бома, эксперименты А. Аспекта подтвердили теорему Белла и поддержали позиции нелокальных скрытых пере­менных, существование которых предположил А. Эйнштейн. В трактовке квантовой механики Д. Бомом нет неопределенности координат частицы и ее импульса.

Учеными было высказано предположение, что связь осущест­вляется через передачу информации, носителями которой высту­пают особые поля.

 

 

 

Материя и движение, время и пространство

 

Одна из важнейших задач естествознания — со­здание естественно-научной картины мира в виде це­лостной упорядоченной системы. Для ее решения ис­пользуются общие и абстрактные понятия: материя, движение, время и пространство.

Материя — это все то, что прямо или косвенно действует на органы чувств человека и другие объек­ты. Окружающий нас мир, все существующее вокруг нас представляет собой материю. Она тождественна ре­альности. Неотъемлемое свойство материи — движение. Без движения нет материи, и наоборот. Движение ма­терии — любые изменения, происходящие с материаль­ными объектами в результате их взаимодействий. Ма­терия не существует в бесформенном состоянии — из нее образуется сложная иерархическая система мате­риальных объектов различных масштабов и сложности.

Отличительная особенность естественно-научного познания заключается в том, что для естествоиспыта­телей представляет интерес не материя или движение вообще, а конкретные виды материи и движения, свой­ства материальных объектов, их характеристики, кото­рые можно измерить с помощью приборов. В современ­ном естествознании различают три вида материи: ве­щество, физическое поле и физический вакуум.

Вещество — основной вид материи, обладающей массой. К вещественным объектам относятся элементар­ные частицы, атомы, молекулы и многочисленные обра­зованные из них материальные объекты. В химии веще­ства подразделяются на простые (с атомами одного химического элемента) и сложные — химические соеди­нения. Свойства вещества зависят от внешних условий и интенсивности взаимодействия атомов и молекул, что и обусловливает различные агрегатные состояния ве­щества: твердое, жидкое и газообразное. При очень высокой температуре образуется плазма. Переход ве­щества из одного состояния в другое можно рассматри­вать как один из видов движения материи.

Различные виды движения материи можно класси­фицировать с учетом изменений свойств материальных объектов и их воздействий на окружающий мир. Меха­ническое движение (относительное перемещение тел), колебательное и волновое движения, распространение и изменение различных полей, тепловое (хаотическое) дви­жение атомов и молекул, равновесные и неравновесные процессы в макросистемах, фазовые переходы между агрегатными состояниями (плавление, парообразование и др.), радиоактивный распад, химические и ядерные реакции, развитие живых организмов и биосферы, эво­люция звезд, галактик и Вселенной в целом — все это примеры многообразных видов движения материи.

Физическое поле — особый вид материи, обеспе­чивающий физическое взаимодействие материальных объектов и их систем. К физическим полям относятся электромагнитное и гравитационное поля, поле ядерных сил, а также волновые (квантовые) поля, соответствую­щие различным частицам (например, электрон-по-зитронное поле). Источником физических полей яв­ляются частицы (например, для электромагнитного поля — заряженные частицы). Созданные частицами физические поля переносят с конечной скоростью взаимодействие между ними. В квантовой теории вза­имодействие обусловливается обменом квантами поля между частицами.

Физический вакуум — низшее энергетическое со­стояние квантового поля. Этот термин введен в кван­товой теории поля для объяснения некоторых микропро­цессов. Среднее число частиц — квантов поля — в ва­кууме равно нулю, однако в нем могут рождаться виртуальные частицы — частицы в промежуточных состояниях, существующие короткое время. Виртуаль­ные частицы влияют на физические процессы. В физи­ческом вакууме могут рождаться пары частица-антича­стица разных типов. При достаточно большой концен­трации энергии вакуум взаимодействует с реальными частицами, что подтверждается экспериментом. Пред­полагается, что из физического вакуума, находящегося в возбужденном состоянии, родилась Вселенная.

Всеобщими универсальными формами существо­вания и движения материи принято считать время и пространство. Движение материальных объектов и различные реальные процессы происходят в простран­стве и во времени. Особенность естественно-научного представления об этих понятиях заключается в том, что время и пространство можно охарактеризовать коли­чественно с помощью приборов.

Время выражает порядок смены физических состо­яний и является объективной характеристикой лю­бого процесса или явления. Время — это то, что можно измерить с помощью специальных приборов. Принцип работы приборов для измерения времени основан на разных физических процессах, среди которых наибо­лее удобны периодические процессы: вращение Зем­ли вокруг своей оси, электромагнитное излучение воз­бужденных атомов и другие. Многие крупные дости­жения в естествознании связаны с разработкой более точных приборов для определения времени. Существу­ющие сегодня эталоны позволяют измерить время с очень высокой точностью — относительная погреш­ность измерений составляет менее 10"¹¹.

Временная характеристика реальных процессов основывается на постулате времени: одинаковые во всех отношениях явления происходят за одинаковое время. Хотя постулат времени кажется естественным и очевидным, его истинность все же относительна, так как его нельзя проверить на опыте даже с помощью самых совершенных часов, поскольку, во-первых, они характеризуются своей точностью и, во-вторых, невоз­можно создать принципиально одинаковые условия в природе в разное время. Вместе с тем длительная прак­тика естественно-научных исследований позволяет не сомневаться в справедливости постулата времени в пределах той точности, которая достигнута в данный момент времени.

При создании классической механики около 300 лет назад И. Ньютон ввел понятие абсолютного, или истинного, математического времени, которое течет всегда и везде равномерно, и относительного време­ни как меры продолжительности, употребляемой в обы­денной жизни и означающей определенный интервал времени: час, день, месяц и т. д.

В современном представлении время всегда отно­сительно. Из теории относительности следует, что при скорости, близкой к скорости света в вакууме, время замедляется — происходит релятивистское замедление времени, и что сильное поле тяготения приводит к гра­витационному замедлению времени. В обычных зем­ных условиях такие эффекты чрезвычайно малы.

Важнейшее свойство времени заключается в его необра­тимости. Прошлое во всех деталях и подробностях нельзя воспроизвести в реальной жизни — оно забывается. Нео­братимость времени обусловлена сложным взаимодей­ствием множества природных систем, в том числе атомов и молекул, и символически обозначается стрелой време­ни, «летящей» всегда из прошлого в будущее. Необрати­мость реальных процессов в термодинамике связывают с хаотичным движением атомов и молекул.

Понятие пространства гораздо сложнее понятия времени. В отличие от одномерного времени реальное пространство трехмерно, т. е. имеет три измерения. В трехмерном пространстве существуют атомы и пла­нетные системы, выполняются фундаментальные за­коны природы. Однако выдвигаются гипотезы, соглас­но которым пространство нашей Вселенной имеет много измерений, хотя наши органы чувств способны ощущать только три из них.

Первые представления о пространстве возникли из очевидного существования в природе твердых тел, занимающих определенный объем. Исходя из него, можно дать определение: пространство выражает порядок сосуществования физических тел. Завершен­ная теория пространства — геометрия Евклида — соз­дана более 2000 лет назад и до сих пор считается об­разцом научной теории.

По аналогии с абсолютным временем И. Ньютон ввел понятие абсолютного пространства, которое су­ществует независимо от находящихся в нем физичес­ких объектов и может быть совершенно пустым, явля­ясь как бы мировой ареной, где разыгрываются физи­ческие процессы. Свойства пространства определяются геометрией Евклида. Именно такое представление о пространстве лежит в основе практической деятельно­сти людей. Однако пустое пространство идеально, в то время как реальный окружающий нас мир заполнен

различными материальными объектами. Идеальное пространство без материальных объектов лишено смыс­ла даже, например, при описании механического дви­жения тела, для которого необходимо указать другое тело в качестве системы отсчета. Механическое движение тел относительно. Абсолютного движения, как и абсо­лютного покоя тел, в природе не существует. Простран­ство, как и время, относительно.

Специальная теория относительности объединила пространство и время в единый континуум простран­ство — время. Основанием для такого объединения слу­жит принцип относительности и постулат о предель­ной скорости передачи взаимодействий материальных объектов — скорости света в вакууме, примерно рав­ной 300 000 км/с. Из этой теории следует относитель­ность одновременности двух событий, происшедших в разных точках пространства, а также относительность измерений длин и интервалов времени, произведен­ных в разных системах отсчета, движущихся относи­тельно друг друга.

В соответствии с общей теорией относительности свойства пространства —времени зависят от наличия материальных объектов. Любой материальный объект искривляет пространство, которое можно описать не геометрией Евклида, а сферической геометрией Римана или гиперболической геометрией Лобачевского. Предполагается, что вокруг массивного тела при очень большой плотности вещества искривление становится настолько существенным, что пространство — время как бы «замыкается» локально само на себя, отделяя данное тело от остальной Вселенной и образуя черную дыру, которая поглощает материальные объекты и электромагнитное излучение. На поверхности черной дыры для внешнего наблюдения время как бы останав­ливается. Предполагается, что в центре нашей Галак­тики находится огромная черная дыра. Однако есть и другая точка зрения. Академик Российской академии наук А.А. Логунов (р. 1926) утверждает, что никакого искривления пространства —времени нет, а происхо­дит искривление траектории движения объектов, обус­ловленное изменением гравитационного поля. По его мнению, наблюдаемое 'красное смещение в спектре излучения отдаленных галактик можно объяснить не расширением Вселенной, а переходом посылаемого ими излучения из среды с сильным гравитационным полем в среду со слабым гравитационным полем, в котором находится наблюдатель на Земле.

Список использованной литературы

1.             Концепции современного естествознания / учебное пособие / А.А. Горелов – М.: Высшее образование, 2007.

2.             Концепции современного естествознания/ С.Х. Карпенков – 9-е изд. – М.: Академический Проект : Фонд «Мир», 2005.