Полиинтерпретационная квантовая парадигма 1. Интерпретация и формализм. Классификация интерпретаций квантовой механики.

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 8Следующая ⇒

Интерпретация определяется как процедура установления связи наблюдаемых объектов или их свойств с непосредственно ненаблюдаемыми.

Физическую интерпретацию следует рассматривать более широко как результат или как процедуру придания физического смысла определенным экспериментальным данным, теоретическим выкладкам, математическому формализму в целом и отдельным математическим выражениям, непосредственно ненаблюдаемым объектам, свойствам и явлениям.

Интерпретация – это процедура, в результате которой мы пытаемся что-то сказать об интересующих нас глубинных процессах не на формальном абстрактном языке, а на языке физических событий и понятий. Интерпретация – это то, как можно понимать сложные физические процессы и явления. Интерпретация – это приписывание физического смысла формализму теории: ее уравнениям, отдельным выражениям, символам и т.д.

Что служит критерием верифицируемости интерпретаций в современной физике? В целом это те же внешние и внутренние критерии, которые используются для верифицируемости или фальсифицируемости любой научной теории.

К сожалению, не существует (по крайней мере, на сегодняшний день) каких-то критериев или алгоритмов, которые могли бы однозначно определить насколько физически реальна та или иная интерпретация. Становится все более характерной тенденция, согласно которой верифицируемость интерпретации будет теперь определяться постепенно, в течение десятилетий и более, пока не появится совокупность подтверждений, которая убедит исследователей в ее достаточной адекватности. Дальнейший процесс привыкания к такой интерпретации, в свою очередь, приведет к представлению о ее «естественности». Это очень важный и тонкий методологический, гносеологический и психологический момент, который, на наш взгляд, является одним из процессов, формирующих и физическую картину мира.

Вспомним слова Р.Фейнмана о том, что мы умеем прекрасно пользоваться квантовой механикой, но не понимаем ее. И сегодня физики и философы снова ставят вопрос о концептуальной неудовлетворенности понимания квантовой механики. Так считает, например, С. Вайнберг в отношении ее копенгагенской интерпретации.

Существует необходимость более глубокого понимания соотношения формализма и физического содержания (интерпретации) теории. Согласно Дж. Кашингу, формализм и интерпретация «логически отделимы, даже если они часто перепутываются практически». Формализм означает систему уравнений и набор правил вычислений для получения предсказаний, которые могут быть сравнены с экспериментом. Но стандартная квантовая механика и, например, бомовская интерпретация КМ используют один и тот же набор правил для предсказания значений наблюдаемых. С точки зрения формализма они практически идентичны. Различия между ними кроются в принципиально разных интерпретациях. Физическая же интерпретация «относится к тому, что теория сообщает нам относительно глубинной структуры (underlying structure) явлений (то есть, соответствующее описание наполнения (содержимого) мира - онтологии). Следовательно, один формализм с двумя различными интерпретациями должен рассматриваться как две различные теории».

В квантовой механике явно выражена как раз подобная ситуация, при которой имеется детально разработанный, эффективно действующий, не вызывающий сомнений операторный формализм в гильбертовом пространстве и множество физических интерпретаций. В связи с этим рассмотрим следующие вопросы. Во-первых, может ли одна физическая теория иметь несколько математических формализмов, в том числе альтернативных?

Известны варианты, когда одно физическое содержание может описываться различными математическими средствами, формируя тем самым полиформализм. Уже пример классической механики показывает, что для одного и того же физического содержания теории существует не один рабочий математический аппарат. В ньютоновской механике (которая, кстати говоря, была сначала сформулирована чисто качественно, без единой формулы) законы могут быть сформулированы как в классической ньютоновской форме, так и в форме гамильтониана, вариационного принципа и т.д. Однако собственно физическое концептуальное содержание теории остается незыблемым.

В квантовой механике уже на стадии ее становления сразу же проявилась многовариантность и конкурентность как математического формализма, так и физического содержания. Проблеме интерпретационного плюрализма всегда уделялось и уделяется в настоящее время много внимания, а вот вопрос о существовании различных математических вариантов выражения физической теории стоял не так остро, хотя и существовал реально. Даже исторически создание ее основ было отмечено изначальной конкуренцией двух математических версий: матричной (Гейзенберг 1925 г.) и дифференциальной волновой (Шредингер 1926 г.). В данной фундаментальной теории существует ярко выраженная проблема плюрализма именно физического содержания, в рамках которого предлагается на выбор несколько альтернативных формулировок теории, причем ни одна из них не может быть эмпирически фальсифицирована.

Второй вывод может состоять в признании того, что квантовая механика является примером чрезвычайно успешной феноменологической теории, однако ее концептуальные основы адекватны объективному положению дел лишь фрагментарно («кусочно-лоскутный» вариант концептуализации теории). Этот вариант будет свидетельствовать о неполноте теории со всей сопутствующей этой ситуации проблематикой.

Многоинтерпретационная ситуация свидетельствует о принципиальной неоднозначности той реальности, которую пытается адекватно описывать квантовая механика.

Может быть, формализм описывает как раз фундаментальные отношения сосуществования физической объектности, а физическое содержание в своей основе является всего лишь феноменологией этих форм сосуществования? При этом физические принципы и основания представляют собой всего лишь «немного» более сложную феноменологию, а вовсе не фундаментальные принципы физического бытия.

В целом же физическая реальность и принимает более-менее четкие и однозначные очертания только на уровне, который является однопорядковым с уровнем самого наблюдателя, т.е. на макроскопических масштабах рассмотрения физических событий.

В то же время, чтобы быть физической, теория должна содержать элементы того, формы сосуществования чего описывает математический формализм. По-видимому, можно сказать, что интерпретация, собственно, есть чистая физика. Хотя в современной физической теории практически невозможно рассматривать физическое в отрыве от математической составляющей, в принципе можно, и методологически даже важно выделять и активно исследовать то, что можно назвать качественной физикой. Несколько упрощенно под последней можно понимать то, что останется в теории, если убрать все математические формулы.

Поскольку формализм основан на точных математических методах, то, естественно предполагать, что именно он и должен быть однозначным. В свою очередь в физическом содержании теории отражается качественная сторона явлений, что не может быть выражено точными средствами. Физика – это, вообще говоря, наука о приближениях.

Методологически важно различать два содержательно не полностью совпадающих теоретических аспекта понятия точности. Первый аспект связан с точностью вычленения, «вырезания» некоторого явления из объективной действительности. Второй характеризует точность описания этого же явления теоретическими средствами. Каждое научное описание является максимально возможным приближением.

Связка «формализм – физическая интерпретация» может принимать любую комбинацию из следующих вариантов: 1) один формализм – одна интерпретация; 2) один формализм – полиинтерпретация; 3) одна физическая интерпретация – полиформализм; или, наконец, 4) полиформализм – полиинтерпретация. Можно предположить, что гносеологически более адекватен последний вариант, однако в этом случае чрезвычайно остро встает проблема объективности соответствующей теории в смысле правильности отражения положения дел в реальном мире.

Несомненно, что математический формализм является всегда более определенным и более точным по сравнению с его физической интерпретацией. В физической интерпретации всегда остается недосказанность и неопределенность практически всех понятий.

интерпретационная множественность представляет собой не просто досадное неудобство теоретического познания, а связано с более глубокими проблемами онтологии и развития науки.

Современное научное описание начинает постепенно привыкать не к «однозначному описанию мира», а к возможно более адекватному описанию мира, причем всегда с небольшим «онтологическим люфтом».

Можно выделить следующие два типа процедуры интерпретации. Первая представляет собой чисто аналитическую операцию. Суть такой интерпретации состоит в разбиении на элементы и, фактически, в сравнении с уже известным знанием. Это объяснение интерпретируемого через уже известное. Более глубокий, более эвристический и, вместе с тем, и более сложный вариант интерпретации назовем синтетической интерпретацией. В этом случае после анализа интерпретируемого материала, выходят за имеющиеся знания, синтезируя новое знание.

Почему только в квантовой механике существует такое изобилие интерпретаций, но нет такого большого их количества в релятивистском варианте квантовой механики – квантовой теории поля?

Наличие многочисленных интерпретаций (более 20-ти) в квантовой теории может свидетельствовать о возникновении нового гносеологического качества в данной теоретической области.

Мы предлагаем рассматривать это новое качество как полиинтерпретационную квантовую парадигму (ПИКП), как пример и образец возникновения в науке принципиально новой ситуации, характеризующейся появлением в одной из фундаментальных теорий большого количества трактовок, в том числе альтернативных. Она отражает беспрецедентную в истории науки ситуацию гносеологического плюрализма в рамках одной теории и характерна для эпохи неклассической науки. Можно сказать, что понятие ПИКП точно отражает характер исследовательской ситуации в КМ на данном этапе развития исследований.

Задача состоит в том, чтобы попытаться понять, что означает само существование такого многообразия трактовок. Во-первых, количество при определенных условиях может перейти в новое качество; во-вторых, так пока и не доказана «неизбежность» и «неустранимость» какой-то одной интерпретации; и, в-третьих, тенденции свидетельствуют об увеличении количества интерпретаций КМ.

ПИКП не решает, а только предлагает разнообразные варианты возможных оснований для таких решений. В то же время, если рассматривать ПИКП как некую целостную совокупность интерпретаций КМ, то в ее рамках не только фиксируются изменения в структуре знаний о микромире, но и продолжается активный процесс создания новых подходов и трактовок. Последнее можно рассматривать как одну из особенностей ПИКП.

Вообще говоря, возникновение «новой парадигмы предполагает формирование новых теоретических принципов, изменение стандартов научной рациональности, появление новой системы ценностей». Интерпретации, входящие в полиинтерпретационную квантовую парадигму, в определенной мере соответствуют этим требованиям.

Каково ядро ПИКП как целого? Существуют две проблемы, которые представляют собой, по-видимому, основное поле интерпретационных сражений: это - проблема измерения и вопрос о природе волновой функции. В состоянии ли КМ описывать индивидуальную квантовую систему или эта теория имеет строго статистический характер?

Кроме того, существует еще несколько не менее принципиальных квантовомеханических проблем, носящих уже более выраженный концептуальный характер. Первая из них предлагает исследователю сделать выбор между детерминистической или принципиально акаузальной (индетерминистской) природой микромира. Вторая – между объективистской и субъективистской природой квантовой механики.

Впервые и очень контрастно обозначилась гносеологическая ситуация, когда фундаментальная теория, заглянувшая очень глубоко в микромир и тем самым далеко отойдя от макроскопических референтов, стала де факто полиинтерпретационной по своей форме. В связи с этим нетривиален и принципиально важен вопрос о том, станут ли все будущие фундаментальные теории (по крайней мере, пост-квантовые) полиинтерпретационными при прагматически необходимом доминировании какой-то одной, но подверженной многочисленным сомнениям?

Особенность ПИКП состоит в том, что большинство трактовок нельзя фальсифицировать. Они не поддаются процедуре фальсификации в той степени, чтобы можно было бы гарантировано утверждать о ложности той или другой трактовки. Но они не равнозначны. Большинство из них оригинальны. Они глубоко и аргументировано отражают определенные стороны микроскопической реальности.

Многоинтерпретационная ситуация, возможно, является странной гносеологической флуктуацией в науке, но сможет ли она в конце концов коллапсировать до размеров одной из интерпретаций с ее полным доминированием в квантовой физике?

Процедура «интерпретации интерпретаций»

Это направление представляет собой «философские работы, построенные на подведении высказываний крупных физиков, интерпретировавших квантовую теорию, под ту или иную философскую концепцию, работы, не вникавшие в физическое содержание…»

Существование процесса «интерпретации интерпретаций» также связано с определенными объективными, конструктивными и содержательными моментами. Прежде всего, следует отметить, что сложная теоретическая конструкция как правило не может быть осознана сразу и в полном объеме. Чаще всего осмысление таких построений происходит, как правило, постепенно, особенно если они в существенной степени затрагивают концептуальные основания данной науки.

Процесс “интерпретации интерпретаций” может также проходить и в следующем направлении: в рамках одной из уже существующих интерпретаций может разрабатываться трактовка одного из ее ингредиентов. Так, например, в рамках причинной программы дальнейшей разработке уже сейчас подвергаются понятия причинности, скрытых параметров, управляющей волны и др. Причем у каждого из них также может быть несколько трактовок. В частности, в качестве скрытых переменных могут выбираться не только координаты, но и другие переменные. Таким образом, мы видим, что интерпретации в современных теориях представляют собой многоуровневые исследования.

Сегодня можно утверждать, что буквально в каждой трактовке квантовой механики остается много нерешенных ингредиентных интерпретационных проблем.

Спустя 100 лет после появления идеи кванта сохраняется необходимость анализа оснований этой теории, дальнейшего осмысления выводов из мысленных экспериментов, которые легли в ее основу. Для решения проблем существования полиинтерпретационного квантового феномена необходимо не раз возвращаться к анализу оснований КМ и к первым дням ее создания, поскольку можно выдвинуть предположение, что именно они являются источником тех фундаментальных оснований (предпосылок), которые привели к ситуации ПИКП.

Важнейшим фактором, позволяющим понять саму возможность появления ПИКП, является то, что формализм квантовой механики не идентичен копенгагенской интерпретации и не нуждается в ее включении. Отсюда следует возможность альтернативы, наблюдательно эквивалентной теории, основанной на этом формализме. Эта возможность была доказана большинством уже появившихся альтернативных и обобщающих интерпретаций.

Характерной особенностью становления КМ, которая послужила предпосылкой формирования ПИКП, было и то, что уже само формирование основ КМ сопровождалось параллельной формулировкой сразу нескольких подходов, которые, в принципе могли лечь в основу этой теории. В частности, практически одновременно с вероятностной трактовкой шли работы по созданию детерминистической версии. Вообще говоря, в самый первый период формирования основ КМ, наряду с вероятностным (индетерминистическим) подходом копенгагенской школы и причинно-реалистическим альтернативным подходом Эйнштейна и ряда других физиков, можно отдельно выделить в качестве интерпретации особого рода концепцию волны-пилота де Бройля в связи со специфическим статусом самой идеи волны-пилота. Причем попытки Л. де Бройля раскрыть детерминистическое содержание квантовых закономерностей относятся еще к периоду с 1924 по 1927 гг. Напомним, что Гейзенберг сформулировал матричную механику в 1925 г, а Шредингер создал волновую механику в 1926 г. Таким образом, многовариантная интерпретативность КМ проявилась практически сразу же, что естественным образом ставит вопрос о том, является ли этот факт физической многозначности ее неотъемлемой природой или вызван какими-то другими обстоятельствами.

В качестве еще одной особенности формирования ПИКП следует считать неоднозначность понятий и некоторых представлений, которая имела место в первую очередь у основателей КМ.

Важным моментом, повлиявшим на формирование полиинтерпретационной парадигмы (ПИ-парадигмы), явилось стремление сторонников копенгагенской интерпретации решать задачи в первую очередь локального контекста. Так, согласно М.Беллер, «сторонники копенгагенской интерпретации и коллективно и индивидуально не имеют согласованной точки зрения (позиции) по проблеме реализма-антиреализма, и используют различные, часто противоречивые аргументы, зависящие от локального контекста».

Возможно, еще одной причиной возникновения многообразия интерпретаций является частая смена (вплоть до радикальной реверсивности) взглядов основателей стандартной КМ, прежде всего Бора и Гейзенберга, что породило определенные сомнения у ряда последователей.

Одним из факторов, способствующих поиску новых трактовок, явилось по словам Д.Бома то, что «… обычная интерпретация заставляет нас отказаться от возможности хотя бы мысленно представить себе факторы, определяющие поведение индивидуальной системы в квантовой области, причем удовлетворительного доказательства необходимости такого отказа не существует».

Вероятно, одной из причин, определивших формирование ПИ-парадигмы, является также метод угадывания (назовем его гессинг-метод), активно применявшийся Бором при создании старой КТ, В.Гейзенбергом при формировании матричной механики и т.д. Этот метод можно также назвать интуиционистским (интуитивным). Так, А.Мессиа считает, что «центральная проблема старой КТ – определение «правил квантования» – решается, по существу, на основе интуиции». Поскольку само «угадывание результата» представляет собой сугубо некаузальную интеллектуальную операцию, то с некоторым правдоподобным основанием можно утверждать, что данный основной руководящий метод в определенной мере также послужил основанием для формирования гносеологии индетерминизма, а затем и к индетерминистической онтологии.

В основе ПИКП лежит одна очень серьезная особенность и одновременно тенденция современного познания. Это – принципиальная опосредованность физического познания. В качестве усиливающейся тенденции она, по-видимому, берет свое начало (с точки зрения всё большей ее значимости в теоретических и экспериментальных исследованиях) буквально с первых лет ХХ столетия, когда стали формироваться две самые революционные и самые абстрактные для того времени физические теории. Во второй половине прошедшего века эта тенденция, по-видимому, стала доминирующей в фундаментальной физике.

Последние годы осмысления квантовой механики поставили остроту этих вопросов и в другую плоскость: все больше появляется работ, в которых с разных позиций развиваются идеи, высказывавшиеся еще основателями КМ о том, что в физических процессах роль наблюдателя не только проявляется активным образом, но и сами эти процессы, сами объекты исследования в буквальном смысле создаются наблюдателем, а в более сильной форме - даже его сознанием.

Решающим ингредиентом при проведении социального анализа для выяснения причины формирования гегемонии копенгагенского направления в квантовой физике является природа авторитета Бора.

Принято считать, что Бор был человеком с мягкими интеллигентными чертами характера. Авторитет Бора был так высок, что многие физики, среди которых были Паули и Йордан, обращались к Бору со словами «Отец». Он стал одним из символов великого исследователя. Но означает ли это, что дальше нельзя выяснять истинное положение дел? Что важнее: боязнь повредить авторитету науки, пошатнуть доселе незыблемый имидж одного из гениев науки или поиск истины? Сама сущность науки состоит в выяснении истины, истинного положения вещей. Поэтому любое отклонение от этого пути будет, по большому счету, идти во вред самой науке. Однако здесь существует нюансы принципиального порядка.

На наш взгляд критический анализ трудов основоположников фундаментальных теорий является важным моментом в поисках путей формирования новой фундаментальной теории, и если этот анализ выполнен достаточно корректно, а не путем «беспощадного ниспровержения», то он может сыграть позитивную роль в поисках оснований новой теории.

Как вспоминают его современники, иногда Бор даже не мог взять интеграл от соответствующего выражения и в то же время выдвигал глубочайшие физические идеи, имеющие философскую широту охвата проблемы. Бор, фактически, развивал то, что можно назвать качественной физикой. При этом к нему неприменимы следующие слова, высказанные А.Файном в отношении Эйнштейна: «Подобно большинству физиков, он не всегда был тщателен в своих формулировках». Главное для него – мысль, идея, необходимость во что бы то ни стало ухватить то ускользающее, невероятно трудное новое, которое не давало покоя теоретикам.

Становление квантовой теории в существенной степени определялось также такими факторами как личные и корпоративные амбиции. «Кроме того, существовали личные факторы, которые придавали безотлагательность копенгагенской победе. Не только Гейзенберг имел личные амбиции для достижения победы, но и некоторая часть профессуры теоретической физики в Германии раскрылась в этом плане. Существовало сознательное понимание членами копенгагенской школы, что на кону был контроль будущего направления развития теоретической физики. Этот конфликт (с научной оппозицией – В.Э.) можно было бы охарактеризовать как противостояние в отношении превосходства теории и профессионального доминирования (влияния), т.е. в отношении интерпретации и тех физиков, которые определяли бы будущее развитие исследований. Победители по собственной боровской характеристики были бы способны реализовать свои ««желания» для будущего физики (“wishes” for the future of physics)».

Чисто научные основания, по-видимому, не могут однозначным образом привести к подобному доминированию. На наш взгляд, рассмотренные социальные и психологические факторы, а, возможно, и какие-то другие действительно дают вполне определенную аргументацию тому, что они играли если и не решающую, то, несомненно, существенную роль в доминировании индетерминистических идей. Но если влияние внешних факторов было столь велико, то можно ли в связи с этим ставить вопрос о наличии «копенгагенской аномалии» в квантовой теории? Был ли это ложный (и во многом сознательный! ) увод физической мысли в сторону чего-то, с одной стороны, личностного, а с другой стороны - сюрреалистического? Насколько «опоздание» Бома «ответственно» за такую ситуацию в фундаментальной науке? Эти вопросы еще ждут ответов. Таким образом можно сделать вывод о том, что приоритетная роль акаузальности в КМ была генерирована не сугубо внутринаучными факторами.

Дж.Кашинг приходит к выводу, что ни внутренние факторы (такие, как логическая совместимость и эмпирическая адекватность), ни одни только внешние причины (метафизические и психологические требования, социологическое давление) не были достаточными для такого быстрого и триумфального принятия копенгагенской точки зрения на мир, вместо каузальной точки зрения. Действительная причина была комплексной, со многими игравшими важную роль перекрывающимися факторами. Законы развития науки историчны и существенным образом зависят от различных обстоятельств.

⇐ Предыдущая 1 2 345 6 7 8 Следующая ⇒