ВЗГЛЯДЫ ОСНОВОПОЛОЖНИКОВ ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ

НА ЕДИНСТВО НАУК

Все выдающиеся созидатели и реформаторы науки об окружающем нас мире всегда исходили из принципиального единства её законов, из принципиального единства мирозданья. Первым мыслителем, создавшим всестороннюю систему философии и охватившую все сферы человеческого развития — социологию, философию, политику, логику, физику, можно считать Аристотеля. Его труды (Метафизика, Физика, О небе, Метеорологика) оказали серьёзное влияние на последующее развитие человеческой мысли. Например, в «Метеорологике» наблюдается исключительная последовательность в проведении единой точки зрения. «Именно в силу этой последовательности «Метеорологика» оказала огромное влияние на науку последующих столетий, практически вплоть до Декарта, сочинение которого «Les Meteores» (1637) еще несет на себе глубокую печать аристотелевских воззрений». Эти труды «образуют в определённом смысле единое целое ...» для того, чтобы «обычным нашим способом представить также исследование о животных и растениях, как в целом, так и по отдельности» [1].

В философии Возрождения развитие натурфилософии связано с новым пониманием окружающей действительности как некой субстанции, существующей и актуально, и потенциально с дифференциацией её по форме и содержанию (свойствам), не допуская её творения из ничего и подчёркивая, что нечто не появляется из ничего и не исчезает бесследно. Всё рождается, живёт и умирает. Источником этого движения являются свойства субстанции во всех формах её проявления, и они же являются причиной их существования [2, 3]. А создавая свои «Математические начала натуральной философии» [4], Ньютон подвёл математическую базу под рассмотрение с единой точки зрения всего естествознания - от астрономии и физики до биологии и психологии [5].

Мощным математическим инструментом для анализа социальных и экономических явлений стало появление во второй половине девятнадцатого века такой ветви математики как математическая статистика, хотя начало статистической практики относят ко времени возникновения государства. С помощью статистики «описывали состояния государства в настоящее время или в некоторый известный момент времени в прошлом» [6]. Следует различать «Статистику» как самостоятельную научную дисциплину, которая объединяет «совокупность методов и принципов и согласно которым проводится сбор, анализ, сравнение, представление и интерпретация числовых данных», и «Математическую статистику», которая служит универсальным математическом инструментом при анализе этих данных. Именно развитие статистики с её математическим аппаратом анализа данных позволило сформулировать концепцию социального детерминизма, согласно которой казалось-бы случайные разрозненные социальные факты превращаются в серьёзные показатели господствующих социальных условий. Например, на заседании бельгийской Королевской академии в Брюсселе в июле 1813 года, астроном и математик А.Кетле заявил, что «Мы можем рассчитать заранее, сколько индивидуумов обагрят руки в крови своих сограждан, сколько человек станут мошенниками, сколько станут отравителями, почти так же, как мы заранее можем подсчитать, сколько человек родиться и сколько умрёт» [7].

Нормативы изготовления конкретного изделия конкретным рабочим, исчисленный заработок за исполнение данного вида работы, успевает или не успевает в учёбе данный студент, переступил ли индивид закон в данном конкретном случае или нет - это понятия относительные, по которым суждения выносятся на основании статистической обработки предшествующих результатов опытных данных, т.е. в основе которых лежат статистические методы анализа наблюдений (см, например, [8]). Сам по себе объект (наблюдаемая) в данном случае остаётся неопределённым до тех пор, пока мы не выстраиваем механизм сопоставления его поведение с другими окружающими его объектами (внешней средой) или с его прошлым поведением. Это существенным образом отличает описание наблюдаемой от классических ньютоновых приёмов, где знание поведения объекта только в данный исходный момент времени даёт возможность с достоверностью определить его поведение во все последующие моменты. В первом же случае имеем дело лишь с предсказуемостью результатов наблюдения.

С подобной проблемой в начале двадцатого столетия встретились физики при изучении атома, объекты которого не подчинялись законам ньютоновой механики, требовались новых математические методы описания их поведения. Такими методами стали методы статистической математики, а дальнейшим развитием механики с позиции методов статистической математики стала квантовая механика, основанием которой стал принцип суперпозиции состояний [9, стр. 21]. Этот принцип позволяет с определённой вероятностью предсказать по результатам предыдущих наблюдений состояния объекта результаты всякого последующего наблюдения и опирается на построение средней величины некоторого метрического оператора [9, формула (2.1)]. «Непостижимая эффективность математики» в теоретической физики приводила опять к мысли применения новых математических методов к описанию «всех явлений природы, в том числе и явления жизни» [10]. А можно ли, вообще, создать простую и ясную картину мира? Здесь удобно привести следующий ответ Энштейна на данный вопрос: «Я думаю — да, ибо общие положения, лежащие в основе мысленных построений теоретической физики, претендуют быть действительными для всех происходящих в природе событий. Путем чисто логической дедукции из них можно было бы вывести картину, т. е. теорию всех явлений природы, включая жизнь, если этот процесс дедукции не выходил бы далеко за пределы творческой возможности человеческого мышления. Следовательно, отказ от полноты физической картины мира не является принципиальным» [11]. Энштейну принадлежит и высказывание по поводу того, что «было бы поистине чудом, если бы человек сумел открыть общую основу всех наук — физики, биологии, психологии, социологии и др. ... Но, разумеется, нас всех не покидает надежда на то, что в любом направлении удастся достичь хотя бы какого-то успеха» [12].

«Всякое новое знание является нам в оболочке старых понятий, приспособленной для объяснения прежнего опыта, и что всякая такая оболочка может оказаться слишком узкой для того, чтобы включить в себя новый опыт. В самом деле, во многих областях знания научные исследования время от времени приводили к необходимости отбросить, или заново сформировать точки зрения, которые ранее считались обязательными для всякого разумного объяснения в силу своей плодотворности и кажущейся неограниченной применимости. Хотя толчок пересмотрам такого рода дают специальные исследования, каждый такой пересмотр содержит вывод общего характера, важный для проблемы единства знаний»[13].

 Например, Галилей больше известен по формированию взглядов современной космологии. Его отношения к гипотезе Коперника стали наблюдаться после того, как в январе 1610 года он произвел свои первые телескопические наблюдения и обнаружил, во-первых, горы на Луне, что указывало на то, что Луна не является эфирным телом, как учил Аристотель. Но, критика Галилеем естественнонаучных воззрений Аристотеля началась вовсе не с астрономии. Около 1595 года Галилей написал сочинение "О движении", оставшееся при жизни автора неопубликованным (его опубликовали лишь в XIX веке, включив его в полное собрание научных трудов Галилея). В котором он подверг критике аристотелевское учение о зависимости скорости падения тел от плотности среды, которая существенно опиралась на использование количественной меры в объяснении явлений и дала толчок упорядочения опытных данных во всё более и более широкой области. Проведение многократных экспериментов с движением тел по наклонной плоскости, а также с помощью маятника позволило Галилею сформулировать законы свободного падения и показать ошибочность представлений Аристотеля о естественном и насильственном падении. Аристотель утверждал, что движущееся тело останавливается, если сила, его толкающая, прекращает свое действие. Галилей установил, что если на тело не действуют никакие силы, то оно покоится или движется равномерно и прямолинейно. Таким образом, механика Галилея заложила основы ньютоновой механики, где состояние системы материальных тел определяется их мгновенными положениями и скоростями. Если известно состояние системы в данный момент времени и если известны силы, действующие на тела, то в ньютоновой классической механике оказывается возможным, применяя хорошо известные простые законы, определить единственно из этих данных состояние системы во всякий другой момент времени вне зависимости от принятой системы отсчёта.

 Мы живём в физическом макромире. За миллионы лет под воздействием окружающей среды сформировалось наше сознание, поэтому его законы воспринимаются нами как естественные законы природы. Но, оказывается, что эти законы приближённые и надёжно работают только в мире человеческих ощущений. Выход за границы этого мира вызывает у нас трудности восприятия сознанием действия этих законов, поскольку сознание оперирует только классическими образами. Но, человек встречается с неклассическими явлениями не только в физических экспериментах; выходящие за классическое восприятие сознания явления постоянно его преследуют в других сферах его деятельности - экономике, социологии, психологии, криминалистике, и, как оказывается, взгляд на данные проблемы можно свести к одному и тому же.

Рассмотрим, например, свойство физической квантовой системы, которые обнаруживаются при измерении локальных особенностей её частицы. Предположим, что мы хотим определить будущее положение частицы по её положению в настоящий момент. Но оказывается, что определить её будущее состояние мы не можем, поскольку её настоящее положение не определено. Здесь можно привести известный парадокс де Бройля с частицей, закрытой в ящик. Пусть в Париже проведён эксперимент над частицей и, чтобы его подтвердить, аналогичная частица отправляется в Токио. Но, к сожалению, ёмкость с данной частицей не транспортабельна, мы разделяем данную ёмкость пополам и один из полученных сосудов отправляем в Токио. Нахождение частицы в парижском сосуде совершенно не детерминировано. Далее, в Токио ставится эксперимент по присутствию частицы в прибывшем сосуде. В тот самый момент, когда этот вопрос решён, выясняется незамедлительно и вопрос о наличии частицы в сосуде, который остался в Париже при отсутствии всякой возможной связи между обоими городами. Вся абсурдность заключается в том, что детерминированность распространяется из одной точки в другую мгновенно, несмотря на огромное расстояние.

«Такого рода парадоксальные свойства квантовой механики доказаны экспериментально и даже используются для создания технических устройств, обладающих неожиданными новыми возможностями. Так, быстро развивающаяся прикладная наука, квантовая криптография, предлагает способы передавать секретный код с гарантией от его перехвата. Точнее, любая попытка перехвата пересылаемого кода, пересылаемого по «квантовому» каналу, неизбежно оставит след, который будет обнаружен принимающим и даст знать, что этим кодом пользоваться нельзя — он рассекречен. Гарантию обнаружения дают законы квантовой механики: невозможно подслушать передаваемое, не оставив следа, так как невозможно получить информацию о квантовой системе, не изменив ее состояния. В свою очередь это положение следует из знаменитого принципа неопределенности» [14].

 Приведём пример в нашей интерпретации из социальной сферы, в описании М.Б. Менским [14] теоретического подхода Эверетта [15]. 

Вы наблюдатель-экспериментатор и находитесь в состоянии x_o, т.е. в безмятежном положении, в закрытом помещении (квартире), отгороженные от внешнего Мира за закрытой металлической дверью (находитесь вне Мира). Такое состояние двери назовём нейтральным и обозначим j_o. Вам известно, что внешний Мир делится на два альтернативных Мира: Мир законопослушных граждан и блюстителей закона Y₁ (для вас мир Героев) и преступный Мир Y₂ (мир Злодеев). Не нарушая общности, будем полагать, что своих Героев вы знаете в лицо; в крайнем случае, также можете определить бандита. Предположим, вы замечаете, что в сторону вашего дома направляется неопределённое лицо Y. Вы вспоминаете знаменитое заявление А.Ж. Кетле (цитированное выше из сайта [7]) середины восемнадцатого века о криминальном состоянии общества. А поскольку вы живете в двадцать первом веке, то в силу принципов статистики приблизительно знаете о состоянии своего общества и решаете, что функциональные особенности приближающегося лица можно полагать средневзвешенной величиной Y = c₁Y + c₂Y₂, где c_i - доли Героев и Злодеев, соответственно, i = 1, 2.

Коэффициенты этой линейной комбинации можно связать с вероятностями присутствия в обществе Героев и Злодеев. Тогда, направляющееся в вашу сторону, лицо с вероятностью p₁ = с_i² можно считать Героем, а с вероятностью р₂ = c₂² – Злодеем. Если с приближением лица, вы замечаете, что идёт Герой (Y₁), то открываете дверь (j₁) и переходите в состояние c₁ т.е., например, любопытствуете, по какому случаю к вам пожаловали такие высокие гости. В противном случае, вы дверь закрываете на все запоры (j₂) и переходите   в  состояние c₂,  т.е.   предупреждаете  соседей,   ставите  в известность детей, требуете предъявить документы или, на худой конец, вызываете полицию.

Вы, как сторонний наблюдатель, с пришельцем из внешнего Мира образуете систему, причём, внешний Мир дихотомически квантуется, т. е. в нашем случае разбивается на два альтернативных Мира - мир Героев и мир Злодеев. Таким образом, имеем дихотомическую квантовую систему с исходным состоянием

x(t₀) = (c₁ Y₁ + c₂Y₂)j₀c₀

как суперпозицию состояний Y₁j₀c₀ и Y₂j₀c₀. В силу линейности эволюции в момент взаимодействия наблюдателя и пришельца имеем суперпозицию состояний Y₁j₁c₁ и Y₂j₂c₂ с теми же самыми весовыми коэффициентами, т.е.

x(t₁) =Y₁j₁c₁ + Y₂j₂c₂.

Определённость (детерминируемость) возможна только в том случае, когда заранее известно лицо пришельца. Например, в случае, когда априори известно, что идёт Герой c₁ = 1, с₂ = 0 и вектор конечного состояния x(t) = (Y₁j₁c₁; Y₂j₂c₂) редуцируется x(t) = (Y₁j₁c₁; 0), либо с₁ = 0, с₂ = 1 и вектор состояния так же редуцируется x(t) = (0; Y₂j₂c₂) ). Но, это предельные состояния [9]. Естественно, что в общем случае, в условиях неопределённости, такая редукция невозможна. Действительно, по внешнему виду пришельца можно не определить. Пришелец может быть «ряженым», о чём нас постоянно предупреждают фильмы (см., например, «детерминатор»!!!) и, конечно, передачи по TV. Но наше сознание, в силу специфических условий своего формирования, постоянно подталкивает нас к редукции вектора состояния, вопреки здравому смыслу, что, в ряде случаев, и приводит нас к большим житейским неприятностям. 

Таким образом, можно сделать заключение, что «рассматривая и измеряемую систему, измерительный прибор, и наблюдателя как квантовые системы, мы приходим к выводу, что полная система (включающая все эти составляющие) остается в состоянии, в котором отражены все возможные альтернативные   результаты   измерения.   Редукция,   т.е.   выбор   одной альтернативы, произойти не может. В то же время выбор одной альтернативы заведомо имеет место, когда наблюдатель осознает, какой результат дало измерение. Эта парадоксальная ситуация, выявляемая известными парадоксами "кота Шредингера" и "друга Вигнера", явно указывает на то, что вводимое в квантовой механике понятие редукции (селекции) имеет непосредственное отношение к сознанию наблюдателя» [14] и далека от теоретических предпосылок квантовой физики как следующего приближения ньютоновой механики и новой базы единения наук.

Литература.

1.     Рожанский И.Д. Естественно-научные сочинения Аристотеля /Аристотель. Сочинения в 4-х томах //М., Мысль, 1981, т. 3.

2.     Костычев С. П. Натурфилософия и точные науки /Пг, 1922.

3.     Горфункель А. X. Гуманизм и натурфилософия итальянского Возрождения /М., 1977

4.     Ньютон И. Математические начала натуральной философии (1687) /Перевод и пояснения А.Н. Крылова//М.,Л., АН СССР, т. 7, 1936.

5.     Дорфман Я.Г. Всемирная история физики /М., Наука, 1974.

6.     Никитина Е.П., Фрейдлина В.Д., Ярхо А.В. Коллекция определений термина «статистика» /Москва: МГУ, 1972.

7.     http://www.xres.ru/viewpage.php7page id=13

8.     Брандт 3. Статистические методы анализа наблюдений /М., Мир, 1975.

9.     Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Квант овая механика /М., Наука, 1989.

10.Идлис Г.М. Единство естествознания по Бору и единообразные взаимосвязанные периодические системы физики, химии, биологии и психологии /сб. «Исследования по истории физики и механики, 1990 //М., Наука, 1990.

11.Энштейн А. Мотивы научного исследования /Собрание научных трудов, т.4 //М., Наука, 1967.

12.Вигнер Е. Тридцать лет знакомства с Энштейном /Энштейновский сборник 1982­1983 //М., Наука, 1974.

13.Бор Н. Избранные научные труды /Т. П. М., Наука, 1971.

14.Менский М.Б. Квантовая механика, сознание и мост между двумя культурами /Вопросы философии, 2004, № 6.

        15. Everett H. Relative State Formulation of Quantum Mechanics / Reviews of Modern Physics      29,1957.