Bản dịch máy từ tiếng Nga (gpt-5-6-mini). Chưa được người kiểm tra. Bản gốc →
4
NHỮNG TƯ TƯỞNG TRIẾT HỌC CỦA V. I. LENIN
I. K. KIKOIN
Vật lý chiếm một vị trí đặc biệt trong số rất nhiều ngành khoa học về tự nhiên. Vị trí đặc biệt này của vật lý gắn với việc nó nghiên cứu những tính chất đơn giản nhất và đồng thời phổ quát nhất của vật chất. Vì vậy, vật lý tất yếu thâm nhập vào mọi lĩnh vực của khoa học tự nhiên. Hiện nay, những ngành khoa học như vật lý sinh học, địa vật lý, vật lý thiên văn, vật lý hóa học và các «vật lý» khác đã được công nhận.
Ai cũng biết rằng vật lý là cơ sở của kỹ thuật. Điều đó vốn luôn như vậy, nhưng đặc biệt rõ ràng trong những năm gần đây, gắn với sự ra đời của kỹ thuật hạt nhân, kỹ thuật điện tử, kỹ thuật laser, v. v.
Tính rộng lớn và tính phổ quát của nội dung vật lý tất yếu dẫn nó đến triết học, ngành nghiên cứu những vấn đề chung nhất của lý luận nhận thức. Toàn bộ lịch sử phát triển của vật lý chứng minh điều đó.
Mỗi khi những khái niệm và quan niệm mới, trước đó chưa được biết đến, được đưa vào vật lý, vật lý lại đan xen với triết học.
Mối liên hệ giữa vật lý và triết học được thể hiện đặc biệt rõ ràng trong thế kỷ XX, khi những nền tảng của vật lý hiện đại được đặt ra: học thuyết về cấu tạo vật chất, thuyết tương đối và cơ học lượng tử.
Mối liên hệ chặt chẽ giữa vật lý và lý luận nhận thức là một tất yếu lịch sử. Vì vậy, không có gì đáng ngạc nhiên khi các nhà vật lý, trong khi cố gắng nhận thức trạng thái của khoa học mình, rất thường tìm đến triết học. Nhiều nhà vật lý lớn nhất đã xuất bản những tác phẩm triết học chuyên biệt.
Vladimir Ilyich Lenin không chỉ là một nhà hoạt động chính trị và nhà hoạt động nhà nước vĩ đại, mà còn là một nhà khoa học vĩ đại, người sáng lập chủ nghĩa cộng sản khoa học. Vai trò đặc biệt của vật lý trong sự phát triển cả của kỹ thuật lẫn triết học là nguyên nhân khiến Lenin đặc biệt chú ý đến những vấn đề của vật lý mới (có thể mối quan tâm của Lenin đối với vật lý phần nào cũng chịu ảnh hưởng bởi việc cha ông, Ilya Nikolaevich Ulyanov, là một giáo viên vật lý).
Phương pháp làm việc khoa học của Lenin đặc biệt gần gũi với các nhà vật lý. Trong công trình khoa học lý luận của mình, Lenin luôn dựa vào kinh nghiệm, vào thực tiễn như tiêu chuẩn của chân lý. Lenin, theo những lời của Engels, đã nêu ra ý tưởng về «tiêu chuẩn thực tiễn»: «Vào thời điểm khi chúng ta sử dụng cho mình tính chất được truyền đạt mà chúng ta nhận thức được của một sự vật nào đó,— thì chính vào thời điểm đó chúng ta đưa những nhận thức cảm tính của mình ra một phép thử không thể sai lầm về tính đúng hay sai… (chữ nghiêng của tôi.— I. K.) …thành công trong hành động của chúng ta là bằng chứng về sự phù hợp (Ubereinstimmung) của những nhận thức của chúng ta với bản chất khách quan (gegenständlich) của những vật được nhận thức*).
5
Ở đây nảy sinh câu hỏi sau. Lịch sử khoa học biết không ít ví dụ cho thấy rằng những quan niệm của các nhà khoa học, rõ ràng là không đúng theo quan điểm hiện đại, tuy nhiên đã dẫn đến «thành công trong hành động của chúng ta».
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 представлением, физики создают магнитостатку, на котором базируется вся практика и техника использования магнитов. Эта практика быстрошее подтверждение теорию «магнитных зарядов». Между тем теперь хорошо известно, что никаких магнитных зарядов в действительности не существует. И когда сейчас говорят о магнитных полюсах, то обязательно оговоривают, что это фиктивное понятие.
Выходит, как будто, 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-современности Ричард Фейнман, пытаясь выяснить, что же такое философское толкование физического закона, иллюстрирует значение этого вопроса следующим примером.
«Пусть те, кто настоящает на том, что единственное важным является лишь соглашение теории и эксперимента, представляет себе разговор между астрономом из элемента майя и его студентом. Майя умела с поразительной 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 овращении небесных тел.
Представьте себе, что к нашему астроному приходит молодой человека и говорит: «Вот, что мне пришло в голову. может быть, все это верится, может, это шары из камня… и их движение можно расчитыватьсовсем иначе». Далее, узнав, что молодой человека еще не дошел до расчетов движения планет, астроном майя ответит ему, что мы можем и так достагоно точно вычислить 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 теориями».
Это и в самом деле нелегкая задача. Ведь если приять безоговорочно утверждение, что критерий 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 зрения жизни, практики должны быть первой и основной точкой зрения теории познания», Ленин добавляет следующим многозначительным абзац.
«…конечно, при этом не надо забывать, что критерий практики никакогда не может по самому пути делать подвергнуть или опровергуть положению майя и его студентом. Майя умела с поразительной 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 овращении небесных тел.
*) Агностицизм называется философское течение, утвержданное неустранимую ограниченной человекской познания.
8
ханки можно назвать исключительноми. Она позволяет раскрыть тайну строения.atoma. Пользовая квантовой механикой, можно с любой степенью точности расчитать atom, то есть вычислить детальную электронную структуру.atoma. Эти вычисления нахождения в потрясающем по точности согласи с экспериментом.
Toàn bộ nền điện tử học lượng tử hiện đại với những ứng dụng kỹ thuật đa dạng của nó (laser, maser v.v.) — là sản phẩm của cơ học lượng tử. Cơ học lượng tử vẫn chưa trở thành đối tượng học tập trong trường phổ thông, nhưng các ứng dụng của nó đã được nghiên cứu trong các trường đại học kỹ thuật. Tuy vậy, nhà uy tín lớn nhất trong lĩnh vực vật lý này khẳng định rằng không ai hiểu nó!
Hãy thử tìm hiểu nguyên nhân của sự không hiểu cơ học lượng tử.
Vấn đề là ngay từ khi mới ra đời, cơ học lượng tử đã chứa đựng những mâu thuẫn. Chẳng hạn, hãy xét biểu hiện đơn giản nhất của bản chất lượng tử của ánh sáng — hiệu ứng quang điện.
Lý thuyết hiệu ứng quang điện do Einstein phát triển cho rằng dòng ánh sáng có tần số v được xem như dòng «hạt» — photon, năng lượng của chúng là E=hv(h—hằng số Planck). Khi các photon đến bề mặt kim loại, một phần nào đó của chúng được các electron hấp thụ. Do đó, động năng của electron hấp thụ photon tăng thêm một lượng hv. Có năng lượng như vậy, electron có thể rời khỏi kim loại và bay ra ngoài. Khi đó nó mất một phần năng lượng nhận được, dùng phần đó cho «công thoát» A. Vì vậy động năng cực đại mà electron bay ra khỏi kim loại có giá trị bằng
Đây là công thức Einstein thay thế cho hiệu ứng quang điện, được xác nhận bởi nhiều thí nghiệm và nằm ở cơ sở của những ứng dụng rộng rãi của hiệu ứng này.
Như vậy, nếu suy nghĩ về ý nghĩa của công thức Einstein (ông cũng thu được nó vào năm 1905), thì ngay lập tức thấy rõ tính mâu thuẫn của nó.
Đại lượng E=hv xuất hiện trong công thức này là năng lượng của «hạt ánh sáng» (photon), còn đại lượng v là tần số của ánh sáng gồm các hạt. Nhưng tần số là đại lượng đặc trưng cho sóng. Khái niệm tần số ánh sáng xuất hiện sau khi vào thế kỷ XIX người ta xác định rằng ánh sáng là quá trình truyền các dao động. Quá trình như vậy được gọi là sóng. Nhưng sóng, theo đúng ý nghĩa của khái niệm này, chiếm một vùng lớn trong không gian, và nếu nói chính xác, thậm chí là toàn bộ không gian. Còn hạt là một thứ được định vị trong không gian, tức là chiếm một thể tích nhỏ. Vì vậy biểu thức cơ bản E=hv, liên hệ năng lượng của photon (tức là hạt) với tần số của sóng ánh sáng, đứng trên quan điểm «lẽ thường», là một điều vô lý.
Các hiện tượng quang điện đã chứng minh không thể bác bỏ rằng ánh sáng là một dòng hạt.
Mặt khác, cũng tồn tại những bằng chứng thực nghiệm không thể bác bỏ rằng ánh sáng là một quá trình sóng. Thật vậy, tính chất đặc trưng nhất của sóng nằm ở điều sau: nếu chồng hai sóng lên nhau sao cho đỉnh của một sóng trùng với đáy của sóng kia (hình 1, a), thì dao động hoàn toàn dừng lại (hình 1, б). Và ngược lại, khi các đỉnh của một sóng trùng với các đỉnh của sóng kia, dao động được tăng cường. Hiện tượng đã biết rõ này được gọi là giao thoa sóng. Có thể khẳng định rằng nếu trong thí nghiệm quan sát được hiện tượng giao thoa, thì ta đang xét một sóng.
Lý thuyết sóng về ánh sáng được khẳng định ngay từ khi người ta chỉ ra rằng một số điểm của màn, được chiếu sáng đồng thời bởi hai
10а, được chiếu sáng đồng thời bởi hai
10
với các nguồn sáng giống nhau, trở nên tối (hình 2), trong khi khi tác dụng của mỗi một nghịch lý là sự thật rằng cả lý thuyết sóng lẫn lý thuyết lượng tử về ánh sáng đều đúng, còn công thức thiết lập mối liên hệ giữa hai lý thuyết mâu thuẫn này.
Thách thức đối với «lẽ thường» đạt tới đỉnh điểm vào năm 1924, khi khái niệm lưỡng tính «sóng—hạt» bằng những suy luận lý thuyết được mở rộng sang electron và nguyên tử. Nói cách khác, nguyên tử và electron, vốn từ khi được phát hiện đã có mọi tính chất của hạt, phải ứng xử cả như sóng. Và chẳng bao lâu sau, các thí nghiệm đã xác nhận những kết luận này.
Các nhà vật lý phải suy ngẫm sâu hơn về tình huống nảy sinh, và điều đó dẫn tới việc xây dựng cơ học lượng tử hiện đại (hay, như trước đây được gọi, cơ học sóng).
Những cơ sở của cơ học lượng tử được đặt nền móng trong những năm 1925—1927. Nhà vật lý người Đức Werner Heisenberg đã có đóng góp quan trọng vào sự phát triển của nó bằng công thức hóa cái gọi là hệ thức bất định, xung quanh hệ thức này đã nổ ra một cuộc tranh luận triết học rộng lớn. Đối với nhiều nhà vật lý nổi tiếng, hệ thức này đã đưa họ vào phe những người duy tâm triết học.
Thoạt nhìn, hệ thức sau đây có vẻ hoàn toàn vô hại:
Ở đây — độ bất định (độ không chính xác) của tọa độ hạt, — độ bất định của động lượng (hay vận tốc) của hạt và — hằng số Planck. Diễn đạt bằng ngôn ngữ thông thường, điều này có nghĩa là không thể đồng thời biết chính xác vị trí và vận tốc chuyển động của hạt. Nói cách khác, nếu chúng ta cố định hạt tại một vị trí xác định nào đó, thì cố gắng của chúng ta sẽ dẫn đến việc không thể xác định nó sau đó sẽ bay về đâu và với vận tốc nào. Ngược lại, nếu chúng ta buộc hạt chuyển động rất chậm với một vận tốc xác định, thì chúng ta không thể chỉ ra nó đang ở đâu, tức là hạt sẽ có dạng một vùng nhòe. Từ đây dễ dàng rút ra «kết luận đơn giản nhất» mang tính duy tâm rõ rệt rằng nhận thức của con người về nguyên tắc là có giới hạn, vì chúng ta không được phép trả lời một câu hỏi đơn giản như vậy. Hơn nữa, từ đây cũng có thể rút ra một kết luận còn duy tâm hơn về ý nghĩa, rằng các sự kiện trong thế giới là không thể dự đoán, tức là nguyên lý nhân quả bị vi phạm.
Quả thực, chúng ta đã quen với việc cơ học cổ điển cho phép dự đoán chuyển động của vật thể trong tương lai nếu biết vị trí ban đầu và vận tốc của nó, cũng như các lực tác dụng lên nó. Toàn bộ cơ học dựa trên điều này. Chẳng hạn, những thành tựu của ngành du hành vũ trụ dựa trên việc biết vị trí phóng tên lửa (tọa độ ban đầu) và cho nó một vận tốc ban đầu nhất định, chúng ta có thể dự đoán trước theo các định luật của cơ học cổ điển nó sẽ ở đâu vào bất kỳ thời điểm nào.
11
Với một hạt tuân theo cơ học lượng tử thì lại khác. Một khi, theo hệ thức bất định, chúng ta không thể chỉ ra chính xác tọa độ và vận tốc của nó, thì rõ ràng chúng ta không thể dự đoán chúng sẽ trở thành như thế nào trong tương lai. Không khó để hiểu rằng tất cả những điều này là hệ quả của việc các hạt (electron, nguyên tử, neutron, v.v.) có những tính chất sóng.
Thật vậy, hãy xét thí nghiệm được sơ đồ hóa một cách thô sơ sau đây, tuy nhiên nó không xa lạ với những thí nghiệm thực tế được tiến hành. Hãy hình dung (hình 3) rằng qua hai khe trên màn hình, các electron do một nguồn nào đó phát ra, chẳng hạn dây tóc nung nóng, bay qua. Từ mỗi khe, các electron có thể bay theo mọi hướng. Phía sau màn hình, ta có thể di chuyển một máy đếm electron song song với màn hình có các khe. Máy đếm electron cho phép ghi nhận từng electron lọt vào nó. Như vậy, có thể đếm trực tiếp số electron.
Đương nhiên, ta cho rằng mỗi electron lọt vào máy đếm đều đã đi qua một trong hai khe. Vì vậy, nếu ta đếm số electron lọt vào máy đếm qua một khe khi khe thứ hai đóng, sau đó làm tương tự với các electron lọt vào máy đếm qua khe thứ hai khi khe thứ nhất đóng, thì ta có quyền mong đợi rằng số electron lọt vào máy đếm qua cả hai khe sẽ bằng tổng các số chỉ của máy đếm. Điều này phù hợp với lẽ thường. Ta chắc chắn rằng điều đó sẽ xảy ra nếu ta bắn súng máy qua một tấm giáp có hai lỗ, phía sau tấm giáp, ở một nơi nào đó, đặt một thùng cát, nơi những viên đạn xuyên qua sẽ mắc lại. Không thể nghi ngờ rằng số đạn rơi vào thùng cát khi cả hai lỗ trên tấm giáp đều mở sẽ bằng tổng số đạn rơi vào chính thùng đó qua từng lỗ riêng biệt (dĩ nhiên, trong cùng một khoảng thời gian, chẳng hạn một giờ).
Nhưng khi ta «bắn» electron thì điều đó lại không xảy ra! Hơn nữa, có thể xảy ra rằng một máy đếm được đặt ở vị trí thích hợp, vốn ghi nhận cùng một số electron khi chúng đi qua từng khe riêng biệt (khi một trong hai khe đóng), lại không ghi nhận một electron nào khi cả hai khe đều mở (hình 3).
Đương nhiên nảy sinh câu hỏi: làm thế nào điều đó có thể xảy ra?
Không khó nhận ra ở đây chính là hiện tượng quan sát được khi chiếu sáng màn hình bằng hai nguồn sáng giống nhau, tức là hiện tượng giao thoa.
Bây giờ hãy thử trả lời câu hỏi tại sao cơ học lượng tử lại khó hiểu. Điều này sẽ giúp chúng ta tìm ra nguồn gốc của những kết luận duy tâm mà một số triết gia và nhà vật lý đã đi tới khi phân tích tình trạng hình thành trong vật lý.
Khó khăn cơ bản trong việc hiểu những hiện tượng vật lý đã xét ở trên nằm ở chỗ khi phân tích chúng, chúng ta cố sử dụng những khái niệm mà chúng ta đã quen dùng trong cuộc sống hằng ngày. Kinh nghiệm nhiều thế kỷ của con người đã dẫn
12
đến chỗ con người coi là dễ hiểu những gì có thể hình dung dưới dạng một hình ảnh hình học hoặc cơ học. Kinh nghiệm đó, thực tiễn nghiên cứu thế giới xung quanh, đã dẫn đến việc hình thành một loạt khái niệm, nhờ đó thế giới hiện thực được phản ánh trong bộ não con người. Nhưng trước thế kỷ XX, loài người chỉ nghiên cứu những vật thể vĩ mô, chuyển động với tốc độ tương đối nhỏ. Vật thể vĩ mô là những vật thể có thể nhìn thấy, xác định được hình dạng và kích thước của chúng (tạo ra hình ảnh hình học) và nghiên cứu chuyển động của chúng (tạo ra hình ảnh cơ học). Những khái niệm tương ứng cũng được thích nghi với kinh nghiệm này.
Cơ học Newton, được xây dựng để áp dụng cho chuyển động của các vật thể vĩ mô, đã xác lập rằng trạng thái cơ học của một vật được xác định đơn trị bởi tọa độ và xung lượng (hoặc vận tốc, nếu coi khối lượng của vật là không đổi).
Nhưng giờ đây chúng ta đã chuyển sang thế giới của các đối tượng tuân theo chuyển động của các vật thể vĩ mô, đã xác lập rằng trạng thái cơ học của một vật được xác định đơn trị bởi tọa độ và xung lượng (hoặc vận tốc, nếu coi khối lượng của vật là không đổi).
Không, giờ đây chúng ta đã chuyển sang thế giới của các đối tượng tuân theo chuyển động của các vật thể vĩ mô, đã xác lập rằng trạng thái cơ học của một vật được xác định đơn trị bởi tọa độ và xung lượng (hoặc vận tốc, nếu coi khối lượng của vật là không đổi).
Nếu thí nghiệm cho thấy các đối tượng này vừa có tính chất của hạt vừa có tính chất của sóng tuần hoàn, thì trên thực tế chúng không phải là sóng cũng không phải là hạt, mà phải là một cái gì khác, «sự thống nhất của các mặt đối lập».
Và quả thực, nếu xem xét kỹ các bằng chứng thực nghiệm cho thấy electron là một phần cơ học chung, thì chúng ta sẽ thấy rằng đó là những bằng chứng hết sức gián tiếp. Rất có thể chỉ có niềm tin sâu sắc của các nhà vật lý vào cấu trúc nguyên tử của vật chất đã dẫn họ đến kết luận rằng thí nghiệm với electron (và cả nguyên tử nữa) chứng tỏ rằng chúng là các hạt theo nghĩa cơ học chung.
Sau đó Einstein không thể từ bỏ quan điểm «cơ học» về chuyển động của electron. Ông thường lắc đầu và nói: «chẳng lẽ Chúa lại chơi «sấp — ngửa» để quyết định electron phải chuyển động về đâu».
Trong vật lý học, tính chân thực của sự tồn tại của các nguyên tử, electron, proton có thể sánh với tính xác thực của hệ thống Copernicus trong thiên văn học. Nhưng điều đó không có nghĩa là chúng ta có thể hình dung những đối tượng này như một mô hình thu nhỏ của các thiên thể. Cho đến nay chúng ta vẫn không thể hình dung chúng; chúng chẳng giống bất cứ thứ gì. Và về điều này tự nhiên không có lỗi!
Tất nhiên, sẽ là biểu hiện của mức độ cao nhất của chủ nghĩa duy tâm triết học nếu cho rằng tự nhiên phải thích nghi với trí tuệ con người để con người có thể hình dung một cách trực quan tất cả các đối tượng của nó. Chính vì chúng ta không thể hình dung các đối tượng lượng tử dưới dạng những hình ảnh hình học và cơ học, chúng ta coi chúng là khó hiểu.
Nhưng nếu vậy, thì chúng ta có cơ sở nào để giả định rằng trạng thái chuyển động của các đối tượng lượng tử phải được xác định bởi những đại lượng ấy, tức là tọa độ và xung lượng, vốn xác định trạng thái của các vật thể thông thường? Nói cách khác, câu hỏi «tọa độ và xung lượng tại thời điểm này là bao nhiêu?» khi áp dụng cho các đối tượng lượng tử là một câu hỏi không hợp lệ. Bởi không phải câu hỏi nào cũng hợp lệ. Chẳng hạn, không thể trả lời câu hỏi «màu của kinh tuyến Pulkovo là gì?». Nhưng từ đó không suy ra rằng khả năng nhận thức của con người là bị giới hạn!
Cũng theo nghĩa ấy, có lẽ câu hỏi «tọa độ và xung lượng của electron là bao nhiêu?» là không hợp lệ.
Đối với tình huống đã hình thành trong cơ học lượng tử, những lời Lenin nói nhân một dịp tương tự phù hợp hơn cả: «Chuyển động của các vật thể biến thành trong tự nhiên thành chuyển động của cái không phải là vật thể có khối lượng không đổi, thành chuyển động của cái là điện tích chưa biết của một điện chưa biết trong một ether chưa biết,— đó là phép biện chứng của những biến đổi vật chất,