3
Философские идеи В. И. Ленина и развите современной физики
(к 75-летию книги В. И. Ленина «Материализм и эмпирокритиизм»)
Академик И. К. КИКОИН
В своей книге «Материализм и эмпирокритиизм» В. И. Ленин дал исчерпивающий анализ философских проблем современной ему физики. Величащее значение этого труда Ленина заключается в том, что в нем был разработан метод анализа философских проблем научки, который и сейчас пользовется процессивые учены.
Владимир Ильич Ленин был не только великим политический и государственный деятелем, но и великим ученым.
Особая роль физики в развитике как технически, так и философии является причиной представления Ленина к вопросам новой физики (может быть, на интерес Ленина к физике в какой-то мере повлияло и то, что его отец Илья Николаевич Ульянов был учителем физики).
Ленинский метод научной работы особенно близок сердцем физиков. В своей теоретической работе Ленин всегда опирался на опыт, на практику как на критерий истинны. Ленин следующими словами Энгельса появляется идею «критерия практики»: «В тот момент, когда, сообщенное воспринимаемым нами свойством какой-либо вещи, мы употребляем ее для себя,— мы в этот самый момент подвергаем безошибочному испытанию истинность или ложность наших чувственных восприятий. (Курсив мой — И. К.)〈…〉 … Успех наших действия дает доказательство соответствия (Übereinstimmung) наших восприятий с предметной (gegenständlich) природой воспринимаемых вещеей »*).
Но история научки знает немало примеров, свидетельствующих о том, что явно неправильные с современной точки зрения представления учены приводили, тем не менее, к «успесу наших действия».
*) Ленин В. И. Полн. собр. соч., т. 18, с. 109—110.
4
Для примера возьмем старую теорию магнетизма, по которой намагниченный кусок стали рассматривался как магнитный диполь, состоящий из двух магнитных полюсов, или «магнитных зарядов» (по аналогии с электрическим диполем). Пользовать этим представленем, физики создают магнитостатку, на котором базируется вся практика и техника использования магнитов. Эта практика быстро передвигала теорию «магнитных зарядов». Между тем теперь хорошо известно, что никаких магнитных зарядов в действительности не существует. И когда сейчас говорить о магнитных полюсах, то обязательно оговоривают, что это фиктивное понятие.
Выходит, что критерий практики не может служить надежной основой для выяснения истинности наших представлений о том или ином предмете? Это, разумеется, не раздный вопрос.
Один из крупнейших физиков-теоретиков современности Ричард Фейнман, пытаясь выяснить, что же такое философское толкование физического закона, иллюстрирует значение этого вопроса следующим примером.
«Пусть те, кто настоявает на том, что единственное важным является лишь соглашение теории и эксперимента, представляет себе разговор между астрономом из племени майя и его студентом. Майя умели с поражительной точностью представлять, например, время затмения, положение на небе Луны, Венеры и других планет. Все это делалось при помощи арифметики… У них не было ни малейшего представления о врашении небесных тел.
Представьте себе, что к нашему астроному прихотит молодой человек и говорить: «Вот, что мне пришло в голову. Может быть, все это верится, может, это шары из камня… и их движение можно расчитать совсем иначе». Далее, узнать, что молодой человек еще не должен до расчетов движения планет, астроном майя ответит ему, что мы можем и так достаточно точно вычислять затмения, так что не стоит возиться с твоими идеями.
Как видим, — заканчивает Фейнман, — нелегкая задача — решить, стоит или не стоит задумывать над тем, что кроется за нашими теориими.
Это и в самом деле нелегкая задача. Ведь если принять безоговорочно утверждение, что критерим истинны является практика, то такое утверждение, как видно из приведенных примеров, может привести к застою в науке.
Эту нелегкую задачу с блеском решил В. И. Ленин.
Утверждая, что «точка зреня жизни, практики должны быть первой и основной точкой зреня теории познания», Ленин добавляет: «Конецно, при этом не надо забывать, что критерий практики никогда не может по самому сути дела подтвердить или опровергнуть полностью какого бы то ни было человекого представления. Этот критерий тоже настояble «неопределенен», чтобы не позволять знаниям человека превращаться в «абсолот», и в то же время настояble определен, чтобы вести беспошадную борьбу со всеми разновидностями идеализма и агностиизма»)..
«…Отсюда,— продолжает Ленин,— вытекает признание единственным путем к этой истине пути науки, стоящей на материалистической точке зреня.»*** (Курсив мои. — И. К.)
Подавляющее большинство физков сознанелно или стихийно руководствуется именно таким ленинским понятием критерия практики.
Опыт служил Ленин надежной опорой, когда он формулировал основы философских воззрения. Иллюстрацией к этому может служить следующее пример.
Ленин считал необходимым проверить историй науки (то есть проверить экспериментально, как сказал бы физик) одно из основных положений диалектики — так называемое «единство противоположностей». Свою заметку «К вопросу о диалектике» Ленин так и начинает: «Развоеение единого и познание противоречных частей его… есть суть (одна из «сушностей», одна из основных, если не основная, особенностей или черта) диалектики.〈…〉 Правильность этой стороны содержания диалектики должна быть проверена историй науки»**.)
*) Агностизимом называется философское учение, отрицание возможности познания объективного мира, ограничивающее роль науки лишь познанием явлений. (Прим. моe. — И. К.)
**) Ленин В. И. Полн. собр. соч., т. 18. c. 145—146.
***) Там же, с. 146.
****) Ленин В. И. Полн. собр. соч., т. 29, c. 316.
5
Это высказывание Ленина не было простой декларацией. Такую проверку он сам осуществил в своей классической работе «Материализм и эмпирокритизм», написанной в 1908 году, в работе, которая оказала и продолжает оказать огромное влияние на развитие науки.
Написанный в годы крутого перелом основных физических представления, этот труд дал исчерпывающий физический анализ данных физики того времени.
Известно, что Ленин называл «гигантскими, головокружительными» успехи физики за последнее три десятилетия XIX столетия и первые годы XX столетия. В еще большей мере такое оценку можно дать успехам физики за годы, прошедшие после выхода в свет книги Ленина «Материализм и эмпирокритизм».
Начало нашего века ознакомовалось величайшей революцией в физике. В 1905 году была опубликована знаменитая работа Эйнштейна «К электроннымнике движущихся тел», представляющая собой основу специальной теории относительной теории относительной.
Мы не можем здесь подробно изложить эту теорию. Существу ее заключается в «простой» идее о том, что в движущихся друг относительно друга системе отчета время течет по-разному. Теория относительной внесла коренные изменения в представления о времени и пространстве — об этих основных физических и физических понятиях. Сейчас, когда основы теории относительной внесла внесла коренные изменения в представления о времени и пространстве — об этих основных физических и физических понятиях. Сейчас, когда основы теории относительной внесла внесла внесла внесла внесла внесла внесла внесла внесла внесла внесла внесла внесла внесла внесла внесла внесла внесла внесла внесла внесла внесла внесла внесла внесла внесла внесла внесла внесла внесла внесла внесла внесла внесла внесла внесла внесла внесла внесла внесла внесла внесла внесла внесла внесла внесла внесла внесла внесла внесла внесла внесла внесла внесла внесла внесла внесла внесла внесла внесла внесла
Известно, что вопрос о том, что такое масса тела в режиме времени казался довольно сложным и ответы на него разных физков были противенными. К сожалению, и в нашей время передко неоторные авторы придерживаются устарелых определений этой важнейшей физической величины. Это связывано с тем, что сам Ньюотон, который несомненно понял, что такое масса тела, в своей книге «Математические начала натуральной физией» дал не очень удачное определение этой величины. Точно определение понятия массы дал впервые известный механик Сен-Венан. Так же определил эту величины Л. Больцман в своих лекциях о принципах механики. Оно основано на опытах по взаимодействию тел.
Опыты показали, что отношение ускорения двух взаимодействующих тел есть величины постоянная и не зависит от условий взаимодействия и других условий. Обратное отношение ускорения называют относением масс этих тел. Чтобы массу отдельного тела,
*) Ленин В. И. Полн. собр. соч., т. 18, с. 276.
6
выбирают какое-нибудь тело, массу которого условно принимают за единицу — этаон массы. Отсюда следует определение массы: масса тела — это величины, выражающая его инертоность, она определяет отношение модели ускорения этаона массы к модели ускорения тела при их взаимодействии.
Упомянутый выше идеологический противник В. И. Ленина, не поняв смыслла приведенного определения, решил его использовать для «опроверения» материалистического микроэзерения, указав, что понятие материи… сводится к обратному отношению ускорения взаимодействия тел!
В. И. Ленин объявил не зададальную функцию его ошибку следующего слова: «Понятно, что если какое-нибудь тело взят за единицу, то движение (механическое) всех прочих тел можно выразить простым отношением ускорения. Но ведь «тела» (т. е. материя) от этого вовсе еще не исчезают, не перестановted существовать независимо от нашего сознания»*). Приведенный пример показывает, насолько ясно, профессIONALно В. И. Ленин разбирался в сложных, по тем временам, понятых физики.
Революцию, сравнимую с той, которую произвела теория относительнойности, совершила в физике и квантовая механика. Уже упоминавшийся ранее Ричард Фейнман свидетельствует, например, что «…было время, когда газеты писали, что теория относительнойности понятий только давалась человек». Не соглашаясь с таким мнением и считая, что многие учены, прочитав статью Эйнштейна, так или иначе поняли теorio относительнойности, Фейнман продолжает: «Не мне кажется, я смело могу сказать, что квантовой механики никогда не понимает».
Это очень чистое заявление одного из крупнейших физικών-теоретическов, только много сделавшего для развития квантовой электродинамики, весма многозначительно.
Далее Фейнман появляется, что значит «попитать» квантовую механику. Это значит найти ответ на вопрос: «Как же так может быть?».
Современная физика — это квантовая физика. Успех квантовой механики можно назвать исключительными.
Она позволяет раскрыть тайну строения.atoma. Пользовь квантовой механикой, можно с любой степенью точности расчитать atom, то есть вычислить детальную электронную структуру.atoma. Эти вычисления находятся в потрясающем по точности согласно с экспериментом.
Вся современная квантовая электроника с ее разнообразными техническими применениями (лазерами, мазерами и т.п.) — это продукт квантовой механики. Квантовая механика еще не стала обеектом изучения в школе, но ее приложения уже изучаются в техническихузах.
И при всем том крупнейший авторитет в этой области физики утвердает, что ее никто не понимает!
Попытаемся разобраться, в чем причины непонимания квантовой механики.
Дело в том, что уже при самом заорожении квантовая механика содержала противоречия. Обратимся, например, к простейшем проявлении квантовой природы света — к фотолектрическому эффекту.
В теории фотоэфекта, развитой Эйнштейном, свет частицы v рассматривается как поток «частиц» — фотонов, энергия которых E=hv (h — постоянная Планка). Когда фотоны достигают поверхности металла, некоторые части их поглощаются электронами. Электрон, поглотивший фотон, прибретает энергию hv. Обладая такой энергий, электрон может покинут металл, вылететь наружу. При этом он теряет часть прибретаенной энергии, затратив ее на «работу выхода» A. Поэтому максимальная книетическая энергия, с которой электрон вылетит из металла, равна
Эта заменит формула Эйнштейна для фотоэфекта подтверждается многочисленными экспериментами и лежит в основе бесконечных применений этого явления.
Так вот, если вдумать в смысл формулы Эйнштейна (она была получена им тоже в 1905 году), то сразу становится ясно противоревность.
Входящая в эту формулу величины E=hv — это энергия «световой частицы» (фотона), а величины v — частота света, состоящего из частиц. Но частота — это величина, характеризующая
7
волну. Понятие частоты света появилось после того, как в XIX столетии было установлено, что свет представляет собой процесс распространения колбаний. Такой процесс и называется волной. Но волна, по самому смыслу этого понятия, занимает большую область пространства (если говорить строго — всё пространство). Частца же — это нечто такое, что локализовано в пространстве, занимает малый объем. Поэтому основное выражение , связывающее энергию фона, то есть частцы, с частой световой волны, представляется с точки зрения «здравого смысла» абсурдным.
Фотоэлектрические явления неопровержимо доказали, что свет представляет собой поток частиц.
С другой стороны, существуют столбже неопровержимые экспериментальные доказательства того, что свет представляет собой волновой процесс. Действительно, само характерное свойство волн заключится в следующем: если наложить две волны друг на друга так, чтобы гребень одной совпал со владиной другой, то волнение вовсе прекратиется. И наоборот, когда гребни одной волны совпадают с гребнями другой, волнение усиливается. Это хорошо известное явление называется интерференцией волн. Можно утверждать, что если в опите наблюдается явление интерференции, то мы имеем дело с волной.
Волновая теория света утвердилась в начале того, как было показано, что неокотые точки экрана, освещаемого одновременного двумя одинаковыми источниками света, оказываются темными, тогда как при действии каждой из источников в отдельности экран освещен равномерно.
Практика, следовательно, привела к необходимости принять парадоксальный факт, что как волновая, так и квантовая теория света верны, а формула устанавливает связь между этим противоречащими друг другу теориими.
Этот вызов «здравому смыслу» достигет своей культиманции в 1924 году, когда двойственное понятие «волна — частница» путем теоретических рассужdenя было распространения на электроны и atoms. Другими словами,Atom и электрон, которые с момента их открытия обладают всеми свойством частиц, должны вести себя и как волны. И очень скоро эксперименты подтвердили эти теоретические выводы.
Основы квантовой механики были заложены в 1925—1927 годах. Существенный вклад в ее развитие внес немецкий физик Вернер Гейзенберг. Он формулировал так называемое соответствие неопределенностей, вокруг которого разгрелась община философская дискуссия. Многих известных физиков это соответствие привело в лагерь философских идеалистов.
На первый взгляд соответствие неопределенностей имеет совершенное безобидный вид:
Здесь — неопределенность (неточность) значения координат частицы, — неопределенность значения импульса частицы и — постоянная Планка. В переводе на разговорный язык формула ознакомает, что нельзя в одно и то же время точно узнать место и скорость движения частицы. Другими словами, если мы попытаемся определить точное значение скорости частицы, находящейся в данной момент встроенного точке ее траектории, то сделать это нам не удалось. И наоборот, если мы заставим частицу двигаться со строю определенной скоростью, то мы не смогем точно указать, в какой точке траектории находится в данной момент времени. Отсюда легко сделать «простейшее» заключение явно идеалтического характера о том, что знания человека принимаются, раз нам не дано ответить на такой простой вопрос. Более того, отсюда же можно сделать заключение, столбже идеалтическое по своему смыслу, что события в мире нередсказуемые, то есть нарушается принцип принципности.
Действительно, мы привели к тому, что классическая механика позволяет нам предвидить будущее движение тела, если известны его начальное положение и скорость, а также действующие на него силы. На этом строится вся классическая механика. Так, успехи космонавтики основаны на том, что, знание место старта пакеты (начальные координаты), сообщив пакете известную начальную скорость, мы можем по законам классической механики заранее предсказать, где будет находиться пакета в любой момент времени.
8
Иное дело с частицей, подчиняющейся квантовой механике. Раз мы, в соответствии с соответствием неопределенностей, не можем точно указыть ее координаты и скорость в данной момент времени, то, очевидно, мы не можем предсказать, какими они станут в будущеем. Нетрудно догадаться, что все это является следствием того, что частицы (электроны, атомы, нейтроны и т. д.) обладают волновыми свойствами.
В самом деле, рассмотрим следующий грубо схематизированный опыт, который, тем не менее, очень недалекот действительное осуществляемых опытов. Представим себе, что через два ответствия в экране пролетают электроны, испускаемые каким-то источником, например накаленной проволочкой. Позади экрана мы можем передвигать параллельно ему счетчик электронов. Счетчик регистрации каждой попавший в него электрон. Значит, число электронов можно неопределенно осуществить.
Естественно полагать, что каждый электрон, попадающий в счетчик, прошел через одно из двух ответствий. Поэтому, если мы сосчитаем число электронов, попавших в счетчик через ответствие при закрытом втором, затем проделаем то же самое с электронами, попавшими в счетчик через второе ответствие при закрытом первом, мы впраve ожидать, что число электронов, попавших в счетчик через оба ответствия, будет равно сумме показанной счетчика. Мы уверены, что так было бы, если мы стреляли из пулемета через броневой щит с двумя ответствями, за которым в каком-нибудь месте помещен ящик с пеком, где застревают протеевшие пули. Можно не сомневаться в том, что число пуль, попадающих в ящик с пеком при открытии обихх ответствях в шите, равно сумме чисел пуль, попадающих в тот же ящик через каждое из ответствий в отдельности (конечно, за один и тот же промежуток времени, скажем, за час).
Но когда мы «стреляем» электронами, этого не получается! Большое того, может оказаться, что установленный в надлежащем месте счетчик, зарегистрироващий одинаковое число электронов при их прохождения через каждое ответствие в отдельности (когда одно из ответствий закрыто), не зарегистрировано, ручет ни одного электрона, когда открыты оба ответствия.
Естественно возникает вопрос: как это может быть?
Нетрудно усмотреть здесь то же явление, которое наблюдается при освешении экрана двумя одинаковыми источниками света, то есть явление интерференции.
Попытемся теперь ответить на вопрос, почему непонятна квантовая механика. Это помогет нам найти корни идеалстических вывода, к которым пришли некоторые философы и физики, анализируя создавшееся в физике положение.
Основная трудность понимания расстояний выше физических явлений заклонается в том, что мы пытаемся при их анализе пользоваться теми же понятями, к которым мы привыклили в повышенной жизни. Многовековой опит человекства приведел к тому, что человек считает для себя понятным то, что он может представить себе в виде геометрического или механического образа. Этот опит, практика изучения окружащего мира приведел к созданию ряда понятей, при помощи которых реализый мир отражается в мозгу человека. Но до XX века человекство занималось лишь макросоппециальными темами, движущимися со сравнительно небольшими скоростями. Макросоппециальными называются тела, которые можно видеть, определять их форму и размеры (создать геометрический образ) и изучить их движение (создать механический образ). К этому опиту были приспособлены и соответствующие понятия.
Механика Ньютона, разработанная применительно к движению макросоппециальных тел, установила, что механическое состояние тела однозначно определяется координатами и имплусом (или скоростью, если массу тела считать неизменной).
Но вот мы перешли к миру объектов, подчиняющихся квантовым законом, чужым механике Ньютона. Человеческий опит не успел еще выработать образы объектов и понятия, соответствующие этому миру.
Если опит показывает, что эти объекты обладают и свойствами частиц, и свойствами волн, то в действительности они не волны и не частицы, а должны быть чем-то инным, «едининым»
9
в противоположности». И действительно, если внимательно рассмотреть экспериментальные доказательства того, что электрон есть общная механическая часть, то мы убедимся, что это весыма косвенные доказательства. Скорее всего только глубокое убежение физков в atomистическом строении вещества привело их к выводу, что опыты с электронами (и атомами тоже) свидетельствуют о том, что они являются частицами в общном механическом смысле.
Далее Эйнштейн не мог отречься от «механической» точки зрения на движение электрона. Он часто качал головой и говорил: «Не ведь не гадает же богат «орел — решка», чтобы решить, куда должен движаться электрон».
В нашей время достоверность реализации atomов, электронов, протонов может соперничать с достоверностью системы Коперника в атомомии. Но это не значит, что мы можем представлять себе эти объекты как уменьшенную модель астроνομических тел. Мы до сих порник не можем их себе представить; они ни на что не похожи. И в этом природа не вновьата!
Было бы, конечно, выражением высшей степени физического идеализма считать, что природа должна так приспособиться к человекескому разуму, чтобы он мог образно представить себе все ее объекты. Именно потому, что мы не можем представить квантовые объекты в виде геометрических и механических образов, мы считаем их непонятными.
Но если это так, то какие у нас основания предполагать, что состояние квантовых объектов должно представляться теми же величиными, то есть координатами и импульсом, которые определяются состояние небесных тел? Словом, вопрос «каковы координаты и импульс в данной момент времени?» применительно к квантовым объектам — незаконный вопрос. Ведь не всякий вопрос правомерен. Например, нельзя ответить на вопрос «какого цвета пульковский меридан?». Но из этого не следует, что возможность познания ограничены!
В такой же мере, по-видимому, неправомерен вопрос «каковы координаты и импульс электрона?».
К создавшейся ситуации в квантовой механике как нельзя лучше применены слова Ленина: «Движение тел превращается в природа в движение того, что не есть тело с постоянной массой, в движение того, что есть неведомый заряд неведомого электричества в неведомом эфире,— эта диалектка материалов превращений, продельываемых в laboratorии и на завода, служит в глазах идеалистики… подтверждением не материалов естественных диалектики, а доводом против материалов…»).
Из того, что было сказано выше, ясно, что «неопонятность» квантовой механики не дает никаких оснований для идеалистических выводов об ограниченности возможности познания природы.
Также лишен основания идеалистический вывод о нарушении принципности, то есть о непредсказуемости событий.
По квантовой механике состояние в полне определяется специальной величины, так называемой волновой функцией. Для нее имеется уравнение, решив которое, физик в полне может представить, какой у него получится результат опыта. И не было случай, чтобы уравнение квантовой механики подводили экспериментаторов!
Здесь волне имеет следующее высказывание Ленина о современной ему новой физике: «…все это много мудреннее старой механики, но все это есть движение материалов в пространстве и во времени»**).
В нашей все больше и больше физков всего мира становятся на позиции диалектического материалов. В своей время Ленин показал, что современные ему физики не сумели «прямо и сразу подняться от мета физического материалов к диалектическому материалов». Но он предвидел, что «этот шаг делает и сделает современная физика».
Это предвидение Ленина события!