Философские основания физики

Р.Карнап

(отрывок)

(Карнап Рудольф, 1891-1970, немецко-американский физик и методолог, ведущий представитель логического позитивизма и философии науки)

В прошедшем философы науки сильно много занимались таким вопросом: "Какова природа причинности?" В прошлых главах я попробовал объяснить, почему этот путь не является лучшим для формулировки препядствия. Какого бы рода причинность ни была Философские основания физики в мире, она выражается при помощи законов науки. Если мы желаем изучить причинность, мы можем сделать это только методом исследования таких законов, исследования методов, при помощи которых они выражаются, и того, как они подтверждаются либо опровергаются тестом.

При исследовании законов науки оказалось комфортным отличать эмпирические законы, которые имеют дело с наблюдаемыми Философские основания физики объектами, от теоретических законов, относящихся к ненаблюдаемым объектам. Мы лицезрели, что, хотя и не существует резкой границы, отделяющей ненаблюдаемое от наблюдаемого, и, как следует, никакой жесткой границы, отделяющей эмпирические законы от теоретических, все же такое различие является полезным. Другое принципиальное и полезное различие, которое относится и к Философские основания физики эмпирическим и теоретическим законам, есть различие меж детерминистическими и статистическими законами. Это различие встречалось и ранее, но в истинной главе мы обсудим его подробнее.

Детерминистический закон есть закон, который утверждает, что в определенных критериях будет иметь место точно определенные вещи. Как уже указывалось, законы такового рода могут быть установлены Философские основания физики или в высококачественных, или количественных определениях. Утверждение о том, что, когда металлический стержень греется, его длина возрастает, есть высококачественное утверждение. Утверждение о том, что, когда этот стержень греется до некой температуры, его длина возрастает на определенную величину, представляет количественное утверждение. Количественный детерминистический закон всегда устанавливает, что если определенные величины Философские основания физики имеют определенные значения, то другая величина (либо одна из прежних величин в другое время) будет также иметь точно определенное значение. Короче, таковой закон выражает многофункциональную связь меж значениями 2-ух либо нескольких величин.

Статистический закон устанавливает, но, только вероятностное рассредотачивание для значений величин в личных случаях и дает только среднее значение Философские основания физики величины в классе случаев. К примеру, статистический закон устанавливает, что если игральную кость кубической формы кинуть шестьдесят раз, то выпадение определенной грани можно ждать самое большее в 10 случаях. Закон не предвещает, что произойдет в любом определенном случае бросания, также достоверно не утверждает, что случится при шестидесяти бросаниях. Он только Философские основания физики гласит, что если будет изготовлено очень огромное число бросаний, то выпадение данной грани можно ждать примерно так же нередко, как и хоть какой другой. Так как тут имеется 6 равновозможных случаев в силу симметричности граней куба, то возможность выпадения хоть какой грани равна 1/6. Возможность тут употребляется в статистическом смысле Философские основания физики, значащем относительную частоту при долгих бросаниях, а не в логическом либо индуктивном смысле, которую я называю степенью доказательства.

Статистические законы были достаточно обыкновенными в девятнадцатом веке, но ни один физик тогда не представлял для себя, что такие законы указывают на отсутствие детерминизма в главных законах природы. Они считали, что статистические законы введены Философские основания физики или из-за удобства, или поэтому, что отсутствует достаточное познание для описания ситуации детерминистическим методом.

Сведения, публикуемые правительством после переписи населения, являются знакомыми примерами утверждений, выраженных в статистической форме быстрее по причинам удобства, чем неведения. Во время переписи правительство пробует получить от каждого индивида отчет о Философские основания физики его возрасте, поле, расе, месте рождения, числе иждивенцев, состоянии здоровья и т. п. Методом кропотливого подсчета всех этих причин правительство в состоянии получить ценную статистическую информацию. (В прежние времена подсчет и вычисления делались вручную. Обычно существовал десятилетний интервал времени от одной переписи к другой, и время от времени новенькая Философские основания физики перепись начиналась, когда не были окончены подсчеты старенькой. В текущее время данные наносятся на карточки и стремительно обрабатываются при помощи вычислительных машин). Данные выявляют определенный процент лиц выше шестидесятилетнего возраста, определенный процент докторов, процент страдающих туберкулезом и т. п. Статистические данные такового рода нужны для того, чтоб свести большущее число Философские основания физики фактов в обозримую форму. Это не значит, что личные факты неопознаны, это только указывает, что очень неловко выражать их в виде личных фактов. Заместо миллионов отдельных утверждений, таких, как "... и есть также мистер Смит из Сан-Франциско, родившийся в Сиэтле (Вашингтон), семидесяти 5 лет, имеющий 4 малышей и 10 внуков", информация концентрируется в Философские основания физики коротком статистическом утверждении. Это делается для удобства, хотя все, подлежащие исследованию факты, точно известны.

Время от времени, хотя отдельные факты неопознаны, можно получить информацию о их. К примеру, заместо полного описания каждого индивида в большой популяции можно будет изучить только репрезентативную подборку. Если подборка указывает, что некий процент обитателей в Философские основания физики популяции имеет свои собственные дома, можно заключить, что приблизительно таковой же процент домовладельцев будет в целой популяции. Можно проверить каждого индивидума в популяции, но заместо того, чтоб растрачивать время и средства на это, инспектируют подборку. Если подборка изготовлена кропотливо, так что имеются весомые основания считать ее репрезентативной Философские основания физики, можно получить неплохую общую оценку.

Даже в физических и био науках нередко комфортно делать статистические утверждения, хотя личные факты являются известными либо несложно отыскать их. Человек, выращивающий растения, может найти, что приблизительно тыща растений с красноватыми цветами была подвержена определенным воздействиям. В последующем поколении около 75 процентов цветов заместо Философские основания физики бардовых будут белоснежными. Ботаник может точно знать число белоснежных и бардовых цветов либо, если не знает, то может выяснить методом четкого подсчета. Но если нет необходимости в таковой точности, для него возможно окажется комфортным выразить результаты приближенно в процентах.

Время от времени очень тяжело либо даже нереально получить точную информацию об Философские основания физики личных случаях, хотя просто узреть, как она могла бы быть получена. К примеру, если мы могли бы измерить все величины, характеризующие падение игральной кости, - четкое ее положение перед бросанием, приданную ей скорость, вес и упру-гость, нрав поверхности, от которой она отскакивает, и т. п., - то можно было Философские основания физики бы точно предсказать, как легла бы кость. Так как машины для таких измерений в текущее время отсутствуют, мы должны наслаждаться статистическими законами, выражающими частоту при длительном испытании.

В девятнадцатом столетии кинетическая теория газов привела к формулировке многих вероятностных законов в той области науки, которая сейчас известна как статистическая механика. Если Философские основания физики некое количество кислорода обладает определенным давлением и температурой, тут будет существовать определенное рассредотачивание скоростей его молекул. Оно именуется рассредотачиванием Максвелла - Больцмана. Этот закон утверждает, что для каждого из 3-х компонент скорости вероятностное рассредотачивание будет так именуемой обычной (либо гауссовой) функцией, изображаемой при помощи известной кривой, имеющей форму колокола. Это Философские основания физики - статистический закон о ситуации, в какой факты относительно каждой молекулы было бы на техническом уровне нереально получить. Тут неведение - и этот пункт является принципиальным - коренится поглубже, чем в прошлых примерах. Даже в случае игральной кости можно было бы в принципе выстроить, инструменты для анализа всех относящихся фактов Философские основания физики. Эти факты могли бы быть заданы электрической вычислительной машине, и, до того как кость свалилась бы, машина одномоментно отдала бы ответ: "Выпадет шестерка". Но когда рассматривают молекулы газа, не имеется никакой знакомой техники, при помощи которой можно было бы измерить направление и скорость каждой отдельной молекулы и потом проанализировать млрд Философские основания физики результатов для того, чтоб проверить, производится ли для их рассредотачивание Максвелла - Больцмана. Физики определили таковой закон как микрозакон, нашедший свое выражение в теории газов и подтвержденный проверкой разных следствий, выведенных из этого закона. Такие статистические законы в XIX веке были очень обыкновенными в тех областях, где нереально было получить Философские основания физики личные факты. В текущее время законы такового типа используюся во всех областях науки, в особенности в биологии и соц науках.

Физики девятнадцатого века на сто процентов сознавали, что вероятностные законы о газах либо законы, относящиеся к поведению людей, скрывают более глубочайшее неведение, чем неведение, с которым связано бросание игральной кости Философские основания физики. Все же они были убеждены в том, что такую информацию можно было бы получить в принципе. Очевидно, никаких технических средств для измерения личных молекул не было, но это связывалось только с ограниченными способностями имеющихся инструментов. Под микроскопом физик может созидать мелкие частички, взвешенные в воды и совершающие Философские основания физики странноватые хаотичные движения из-за столкновений с невидимыми молекулами. При помощи более добротных инструментов могут наблюдаться все наименьшие и наименьшие частички. В дальнейшем, возможно, могут быть построены инструменты для измерения положения и скоростей отдельных молекул.

Есть, естественно, суровые оптические ограничения. Физики девятнадцатого века также знали, что, когда частичка не Философские основания физики больше длины волны видимого света, нереально узреть ее в какой-нибудь микроскоп обыденного типа. Но это не исключало способности построения других видов инструментов, которые могут определять частички, наименьшие, чем длина волны света. Вправду, современные электрические микроскопы позволяют "созидать" объекты, которые ниже теоретического предела оптических микроскопов. Ученые девятнадцатого столетия были Философские основания физики убеждены, что в принципе не существует никакого предела точности, с которой могут наблюдаться все наименьшие и наименьшие объекты.

Они сознавали также, что никакое наблюдение не является совсем четким. Всегда существует элемент неопределенности. Все законы науки в этом очевидном смысле являются статистическими. Принципиально то, что эта точность всегда может быть увеличена. Сейчас Философские основания физики, гласили физики прошедшего века, можно измерить нечто с точностью до 2-ух десятичных символов. Завтра будет может быть достигнуть точности в три десятичных знака, а через десятилетия, может быть, мы достигнем точности в 20 либо 100 десятичных символов. Тогда казалось, что не будет никакого предела точности, которая может быть получена Философские основания физики при любом роде измерения. Физики прошедшего века и многие философы считали само собой разумеющимся, что за макрозаконами с их неминуемыми ошибками измерения имеются микрозаконы, которые являются точными и детерминистическими. Очевидно, в реальности молекулы нельзя созидать. Но если две молекулы сталкиваются, то их следующее движение будет, естественно, вполне определяться критериями, существовавшими Философские основания физики до столкновения. Если все эти условия будут известны, можно будет точно предсказать, как будут вести себя сталкивающиеся молекулы. Как может быть по другому? Ведь поведение молекул должно зависеть от чего-то. Оно не может быть произвольным и случайным. Главные законы физики должны быть детерминистическими.

Физики прошедшего столетия также признавали, что главные Философские основания физики законы являются иде-ализациями, изредка представляемыми в незапятанной форме из-за воздействия сторонних причин. Они выражали это методом отличия главных законов от "ограниченных" законов, которые выводятся из главных. Ограниченный закон представляет собой просто закон, сформулированный с обмолвками. Он гласит, к примеру, о том, что происходит либо произойдет Философские основания физики только при "обычных" обстоятельствах. Разглядим пример: "Металлический стержень, подогретый от температуры замерзания воды до точки ее кипения, возрастет в длине". Это будет ошибочно, если стержень сжать сильными тисками, которые будут оказывать достаточное давление на его концы. Этот закон ограничивается, как следует, в том смысле, что он считается выполняющимся Философские основания физики только при обычных обстоятельствах, другими словами когда на стержень не действуют никакие другие силы, мешающие тесту.

За всеми ограниченными законами стоят фундаментальные законы, которые выражают бесспорные утверждения. "Два тела притягиваются друг к другу с гравитационной силой, пропорциональной произведению их масс и назад пропорциональной квадрату расстояния меж ними". Это - бесспорное Философские основания физики утверждение. Там могут быть, естественно, другие силы, такие, как магнитное притяжение, которые могут поменять движение 1-го из тел, но они не могут поменять величину и направление гравитационной силы. Нет необходимости добавлять к этому закону какое-либо ограничивающее предложение. Другой пример представляют уравнения Максвелла для электрического поля. Они числились выполняющимися непременно, с абсолютной Философские основания физики точностью. Величавая картина, представленная ньютоновской физикой, была картиной мира, в каком все действия были бы в принципе объяснены при помощи главных законов, которые были стопроцентно свободны от индетерминизма. Как показано в прошлых главах, Лаплас отдал традиционную формулировку этой точки зрения, заявив, что воображаемый разум, который бы знал Философские основания физики все фундаментальные законы и все факты о мире в один миг его истории, был бы в состоянии вычислить все прошлые и будущие действия в мире.

Эта утопическая картина была разрушена появлением квантовой механики, как мы покажем в последней главе.

Значительно недетерминистический нрав квантовой механики основывается на принципе индетерминизма, время от Философские основания физики времени именуемом принципом неопределенности, либо соотношением неопределенности. В первый раз он был установлен в 1927 году Вернером Гейзенбергом. Грубо говоря, этот принцип утверждает, что некие пары величин, именуемые "сопряженными", в принципе нереально сразу измерить с высочайшей точностью.

Примерами таких пар являются:

1) координата x(qx) данной частички в данное время Философские основания физики (относительна данной сис

темы координат);

2) компонента х(рх) импульса той же частички в то же время. (Эта компонента пред

ставляет произведение массы частички и составляющие х ее скорости.)

То же относится к парам qy ирину, также рг и Рг. Допустим, что определяют две сопряженные величины р и q и находят, что Философские основания физики р лежит снутри некого интервала Ар, a q -интервала Aq. Принцип неопределенности Гейзенберга утверждает, что если мы по-пытаемся точно измерить р, другими словами сделать Др очень малым, мы не можем в то же время точно измерить q, другими словами сделать очень малым Aq. Более тщательно, произведение Ар и Aq не Философские основания физики может быть изготовлено меньше некого значения, которое выражается квантовой неизменной Планка h. Если сопряженными величинами служат составляющие положения и импульса частички, то принцип неопределенности утверждает, что нереально в принципе сразу измерить обе эти величины с высочайшей степенью точности. Если мы точно знаем, где находится частичка, то компоненту ее Философские основания физики импульса нельзя найти полностью точно. А если мы точно знаем, каковой ее импульс, то мы не можем точно указать, где находится частичка. На практике, естественно, некорректности измерения такового рода существенно огромные? чем тот минимум, который предписывается принципом неопределенности. Принципиальный пункт, следствия которого громадны, заключается в том, что эта некорректность составляет Философские основания физики часть главных законов квантовой теории. Границы, устанавливаемые принципом неопределенности, не должны рассматриваться как обусловленные несовершенством измерительных инструментов и, как следует, как нечто такое, что может быть уменьшено методом совершенствования измерительной техники. Это - базовый закон, который обязан иметь место до того времени, пока законы квантовой теории формулируются Философские основания физики в реальном виде.

Это не значит, что законы, принятые в физике, не могут быть изменены либо что принцип неопределенности Гейзенберга не может быть никогда отклонен. Все же я считаю справедливым утверждение, что его устранение вызвало бы революционное изменение в основной структуре современной физики. Некие физики в текущее время убеждены (как Философские основания физики был убежден Эйнштейн), что эта черта современной квантовой механики непонятна и когда-то может быть отброшена. Это может быть, но таковой шаг будет конструктивным. В текущее время никто не может предугадать, как может быть исключен принцип неопределенности.

Аналогичное и настолько же принципиальное различие меж квантовой теорией и традиционной Философские основания физики физикой состоит в понятии моментального состояния физической системы. Разглядим, к примеру, физическую систему, состоящую из огромного количества частиц. В традиционной физике состояние таковой системы в момент t, на сто процентов описывается заданием для каждой частички значений последующих величин (время от времени именуемых "переменными состояния"; я буду именовать их "параметрами состояния"):

а Философские основания физики) три переменных для координаты при t,

б) три составляющие импульса при t,.

Допустим, что эта система остается изолированной в течение промежутка времени от t, до t2, другими словами в протяжении этого интервала времени она не подвергается наружному воздействию. Тогда на базе данного состояния системы при t, законы традиционной Философские основания физики механики совершенно точно определяют ее состояние (значения всех характеристик состояния) при t2.

Карнап Р. Философские основания физики. М., 1971. С. 363-371.


filosofiya-tanaha-doklad.html
filosofiya-tehniki-osnovnie-koncepcii-tehniki.html
filosofiya-tradicionnij-podhod.html