Симбиоз философии и квантовой физики

Размещено на http://www.allbest.ru/

Первое высшее техническое учебное заведение России

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»

Кафедра философии

Реферат

по дисциплине Философия

тема: Симбиоз философии и квантовой физики

Автор:

студент гр. МО-14

Кныш И.Н.

Проверил:

Гурецкая М.Е.

Санкт-Петербург 2014 год

Оглавление

• Введение
• Основные понятия квантовой механики
• Теория относительности альберта эйнштейна и ее связь с философией
• Философская основа теории относительности
• Яйцо или курица? Сознание или материя
• Кот шредингера
• Слышен ли звук падающего дерева в лесу, если рядом никого нет
• Параллельные вселенные стивена хокинга
• Выводы
• Приложения
• Использованная литература

Введение

Философия как наука зародилась еще во времена античной Греции и древнего Китая. Ее задачей было познание мира, через мышление и изучение нравственных категорий и ценностей, а также ответы на фундаментальные вопросы мироздания, такие как «Познаваем ли мир?», «Существует ли Бог?», «Что такое истина?», «Что такое хорошо?», «Что есть Человек?», «Что первично -- материя или сознание?» и другие.

Квантовая физика направление относительно молодое, по сравнению с философией уж точно. Фактическое ее развитие началось с 1901 года, однако самые ранние предпосылки датируются 50-60 годами 19 века. Ее задачами является изучение квантово-механических и квантово-полевых систем, а также законов их движения.

На первый взгляд может показаться, что между этими двумя науками нет ничего общего, и относятся они к различным областям знаний. Философия отвечает на вопросы человечества и его проблем, и загадок. И по сути в большинстве случаев невозможно прийти к четкому структурированному ответу. Квантовая механика же изучает более отдаленные от обыденной жизни вопросы, и может давать на них ясные, конкретные ответы. квантовый эйнштейн философия

Однако между философией и квантовой физикой имеется сильная связь, которая идет в плюс как одному, так и другому направлению, так философия формулирует различные вопросы о структуре вселенной, а квантовая механика ищет ответ на них, сама развиваясь и двигаясь вперед.

Основные понятия квантовой механики

В 1900г. немецкий физик Макс Планк своими исследованиями продемонстрировал, что излучение энергии происходит дискретно, определенными порциями -- квантами, энергия которых зависит от частоты световой волны. Теория Планка не нуждалась в концепции эфира и преодолевала противоречия и трудности электродинамики Дж.Максвелла. Эксперименты Планка привели к признанию двойственного характера света, который обладает одновременно корпускулярными и волновыми свойствами. Понятно, что такой вывод был несовместим с представлениями классической физики. Теория М.Планка положила начало новой квантовой физики, которая описывает процессы, протекающие в микромире.

Опираясь на идеи Планка, Альберт Эйнштейн предложил фотонную теорию света, согласно которой свет есть поток движущихся квантов. Квантовая теория света (фотонная теория) рассматривает свет как волну с прерывистой структурой. Свет есть поток неделимых световых квантов -- фотонов. Гипотеза Эйнштейна позволила объяснить явление фотоэффекта -- выбивания электронов из вещества под действием электромагнитных волн. Стало ясно, что электрон выбивается фотоном лишь в том случае, если энергия фотона достаточна для преодоления силы взаимодействия электронов с атомным ядром.

В 1911г. английский физик Эрнест Резерфорд предложил планетарную модель атома. Модель представляла собой атом как положительно заряженное ядро, вокруг которого вращаются отрицательно заряженные электроны. Возникающая при движении электронов по орбитам сила уравновешивается притяжением между положительно заряженным ядром и отрицательно заряженными электронами. Общий заряд атома равен нулю, поскольку заряды ядра и электронов равны друг другу. Почти вся масса атома сосредоточена в его ядре, а масса электронов ничтожно мала. С помощью планетарной модели атома было объяснено явление отклонения альфа-частиц при прохождении через атом. Поскольку размеры атома велики по сравнению с размерами электронов и ядра, альфа-частица без препятствий проходит через него. Отклонение наблюдается только тогда, когда альфа-частица проходит близко от ядра, в этом случае электрическое отталкивание вызывает ее резкое отклонение от первоначального пути.

Теория относительности Альберта Эйнштейна и ее связь с философией

Теория относительности тесно связана с философией. Прежде всего следует отметить, что основой ее создания стал глубокий философский анализ А. Эйнштейном понятий пространства и времени.

А. Эйнштейн подчеркивал важность философских проблем современной физики:

«В наше время физик вынужден заниматься философскими проблемами в гораздо большей степени, чем это приходилось делать физикам предыдущих поколений. К этому физиков вынуждают трудности их собственной науки.»

Кроме того, просмотр теорией относительности пространственно-временных представлений, господствовавших в классической физике, влияние на развитие философской мысли.

Философская основа теории относительности

1. Гносеологические принципы наблюдаемости (запрещается пользоваться понятиями принципиально ненаблюдаемых объектов)

2. Простоты (все следствия теории необходимо вывести из наименьшего числа допущений)

3. Единства (идея единства знания и единства описываемого им объективного мира, реализуется в процессе обобщения законов природы, перехода от частных законов к более общим в ходе развития физики)

4. Методологический гепотезо-дедуктивный принцип (формулируются гипотезы, в том числе в математической форме, и на их основании выводятся проверяемые опытным путём следствия)

5. Принцип соответствия (законы новой физической теории при надлежащем значении ключевого характеристического параметра, входящего в новую теорию, переходят в законы старой теории).

Работы Эйнштейна наряду с громадным значением в физике имеют, также, большое философское значение. Очевидность этого следует из того, что теория относительности связана с такими понятиями как материя, пространство, время и движение, а они являются одними из фундаментальных философских понятий. Диалектический материализм нашел аргументацию своим представлениям о пространстве и времени в теории Эйнштейна. В диалектическом материализме дается общее определение пространства и времени как форм бытия материи, а, следовательно, они неразрывно связаны с материей, неотрывны от нее.

«С позиций научного материализма, который основывается на данных частных наук, пространство и время - не самостоятельные независимые от материи реальности, а внутренние формы ее бытия».

Такую неразрывную связь пространства и времени с движущейся материей с успехом показала теория относительности Эйнштейна.

Успехи естественных наук, приведших к открытию материи в состоянии поля, математических знаний, открывших неевклидовы геометрии, а также достижения философского материализма являлись фундаментом, на котором возникло диалектико-материалистическое учение об атрибутах материи. Это учение впитало в себя всю совокупность накопленных естественнонаучных и философских знаний, опираясь на новое представление о материи. В диалектическом материализме категории пространства и времени признаются отражающими внешний мир, они отражают общие свойства и отношения материальных объектов и поэтому имеют общий характер - ни одно материальное образование не мыслимо вне времени и пространства.

Все эти положения диалектического материализма были следствием анализа философских и естественнонаучных знаний. Диалектический материализм соединил в себе все то позитивное знание, накопленное человечеством за все тысячелетия его существования. В философии появилась теория, которая приблизила человека к пониманию окружающего его мира, которая дала ответ на основной вопрос - что есть материя? В физике же до 1905г. такой теории не существовало, имелось множество фактов, догадок, но все выдвигаемые теории содержали лишь осколки истины, многие появлявшиеся теории противоречили друг другу. Такое положение вещей имело место вплоть до опубликования Эйнштейном своих работ.

Яйцо или курица? Сознание или материя

Проблема курицы и яйцам (иногда дилемма курицы и яйца) -- логический парадокс использования понятий с нечётким объёмом. Парадокс звучит следующим образом: Что было раньше -- курица или яйцо? С одной стороны, для появления курицы необходимо яйцо, с другой -- для появления яйца нужна курица.

Первым проблему «яйцо или курица» (или, точнее, «яйцо или птица») поднял Аристотель. Он считал, что птица и яйцо появились одновременно. Больше 2 тысяч лет назад Аристотель рассуждал следующим образом: яйцо не могло быть первым, чтобы дать начало птицам, ибо само должно быть снесено ею, и не может быть первой птица, раз сама появилась из яйца -- значит, они появились одновременно.

В свою очередь, чтобы получить ответ, современные философы постарались найти логическую ошибку в вопросе. Первая идея состоит в том, что сами понятия «яйцо» и «курица» имеют нечёткий объём, и в природе могут существовать объекты, про которые нельзя чётко сказать, входят они или не входят в понятия «яйца» или «курицы». Есть разные виды яиц, от икринок до яйцеклеток, которые одни люди могут отнести к понятию «яйцо», а другие -- нет. В процессе эволюции существовало множество промежуточных форм птиц, о которых нельзя однозначно сказать, курица это или нет.

В виду данных ошибок было принято решение изменить вопрос, поставив его таким образом, чтобы на него нельзя было ответить под действием ранних наблюдений, в том числе теории Дарвина. Вопрос о первичности курицы и яйца, перетек в вопрос о первичности сознания и материи, обозначив яйцо материей, а курицу сознанием. Таким образом вопрос стал более широким, и утратил возможность ответа на него побочными данными. Теперь весь ответ на него строится исключительно на предположениях и гипотезах.

Курица и яйцо - абстракции, придуманные людьми, для обозначения довольно неопределенных субъективных понятий. Невозможно провести границы между яйцом и курицей пока не будет дано строгого определения и дана граница его использования, а этого никто не делал и вряд ли имеет смысл делать. Когда цыпленок сидит в скорлупе, сердце у него бьется, то он еще яйцо или курица? Все зависит от того, как это назвать. Или от того, как на это посмотреть.

Кот Шредингера

Кот Шредингера- мысленный эксперимент, предложенный австрийским физиком теоретиком, одним из создателей квантовой механики, Эрвином Шредингером, которым он хотел показать неполноту квантовой механики при переходе от субатомных систем к макроскопическим.

В оригинальной статье самого Шредингера эксперимент описывается следующим образом:

«Можно построить и случаи, в которых довольно бурлеска. Некий кот заперт в стальной камере вместе со следующей адской машиной (которая должна быть защищена от прямого вмешательства кота): внутри счётчика Гейгера находится крохотное количество радиоактивного вещества, столь небольшое, что в течение часа может распасться только один атом, но с такой же вероятностью может и не распасться; если же это случится, считывающая трубка разряжается и срабатывает реле, спускающее молот, который разбивает колбочку с синильной кислотой. Если на час предоставить всю эту систему самой себе, то можно сказать, что кот будет жив по истечении этого времени, коль скоро распада атома не произойдёт. Первый же распад атома отравил бы кота. Типичным в подобных случаях является то, что неопределённость, первоначально ограниченная атомным миром, преобразуется в макроскопическую неопределённость, которая может быть устранена путём прямого наблюдения. Это мешает нам наивно принять «модель размытия» как отражающую действительность. Само по себе это не означает ничего неясного или противоречивого. Есть разница между нечётким или расфокусированным фото и снимком облаков или тумана.»

Согласно квантовой механике, если над ядром атома не производится наблюдение, то его состояние описывается смешением двух состояний -- распавшегося ядра и нераспавшегося ядра, следовательно, кот, сидящий в ящике и олицетворяющий ядро атома, и жив, и мёртв одновременно. Если же ящик открыть, то экспериментатор может увидеть только какое-нибудь одно конкретное состояние -- «ядро распалось, кот мёртв» или «ядро не распалось, кот жив».

Суть человеческим языком: эксперимент Шредингера показал, что, с точки зрения квантовой механики, кот одновременно и жив, и мертв, чего быть не может. Следовательно, квантовая механика имеет существенные изъяны.

Вопрос стоит так: когда система перестаёт существовать как смешение двух состояний и выбирает одно конкретное? Цель эксперимента -- показать, что квантовая механика неполна без некоторых правил, которые указывают, при каких условиях происходит коллапс волновой функции, и кот либо становится мёртвым, либо остаётся живым, но перестаёт быть смешением того и другого. Поскольку ясно, что кот обязательно должен быть либо живым, либо мёртвым (не существует состояния, промежуточного между жизнью и смертью), то это будет аналогично и для атомного ядра. Оно обязательно должно быть либо распавшимся, либо нераспавшимся.

Таким образом мы приходим к выводу, что кот и атом одновременно с равной вероятностью находятся в двух состояниях нераспавшемся/живом и распавшемся/мертвом. И принимают конкретное значение тогда, когда наблюдатель откроет крышку коробки и заглянет внутрь. Это отсылает нас к известной философской загадке о падающем дереве.

Слышен ли звук падающего дерева в лесу, если рядом никого нет

Загадка звучит следующим образом. Если в лесу где никого нет, упадет дерево, то будет ли при этом слышен звук самого падения. Суть загадки в том, что при отсутствии наблюдателя некоторые действия могут не совершаться.

Можно ли считать, что не наблюдаемый мир функционирует так же, как наблюдаемый? - например, "влияют ли наблюдения на исход?" Аналогичный вопрос не предполагает, происходит ли не наблюдаемое событие также предсказуемо, как это происходит, когда за ним наблюдают. Антропный принцип предполагает, что наблюдатель, просто в его существовании, может влиять на обозримую реальность. Однако, большинство людей, также, как и ученые, считают, что наблюдатель не влияет на то, вызывает ли дерево звук при падении или нет, но это невозможно доказать. Тем не менее, многие ученые согласятся с следующим: "Настоящим необозримым событием является событие, которое не представляет эффекта (не несет в себе никакой информации) на что-либо (где "что-либо" может быть человеком, звукозаписывающим устройством или просто камнем), следовательно, не может существовать в настоящей (или сейчас текущей) более широкой физической вселенной. Позже, может считаться, что не наблюдаемое событие было абсолютно идентично событию, которое не произошло вообще.

Непосредственно, сама философская тема затрагивает загадку существования дерева (и звука, который оно создает) вне человеческого восприятия. Если никого нет рядом чтобы увидеть, услышать, дотронуться или почувствовать запах дерева, как можно говорить о том, что оно существует? Конечно, с научной точки зрения, оно существует. Ведь человек - это тот, кто воспринимает дерево.

Параллельные вселенные Стивена Хокинга

С давних времен люди пытаются вывести единую формулу мироздания. Сейчас особое внимание ученых привлечено к моменту Большого взрыва. Именно тогда, в этой «сингулярности» времени и пространства, вся масса мироздания была сосредоточена в одной-единственной точке, разделившей Небытие и Бытие всего того, что мы называем «нашей Вселенной». Этот момент объясняет ее дальнейшую эволюцию.

Тогда вся безмерная энергия, скопившаяся в сингулярной точке, пролилась каплями элементарных частиц и молниями четырех фундаментальных сил (взаимодействий), определяющих судьбу всей материи. Всемирная формула должна описывать все процессы мироздания, а значит, она соединит все действующие в нем силы. Однако унификация не вполне удалась.

Хокинг делает новую попытку преодолеть разрыв, опираясь на теорию струн. Согласно ей, все элементарные частицы состоят не из еще более крохотных - «точечных» - частиц, а из strings, «струн». Все мироздание на недоступном нам микроуровне - основе его основ - заполнено незримыми струнами, которые представляют собой энергию в чистом виде. Элементарные частицы - это не что иное, как их вибрации. Каждый из «квантовых тонов» соответствует определенной частице, например, кварку или электрону.

Расчеты убедили Хокинга, как и других создателей «теории струн», что мир, в котором она действует, не может быть трех-или четырехмерным - так же, как сама струна не может быть одномерной. На смену ей пришли другие «кванты» пространства - «мембраны», или сокращенно «браны»: они могут растягиваться в разных направлениях. Что же касается пространства, оно -- одиннадцатимерное. Нам же известны лишь 4 измерения. Длина, ширина, высота и время. Чем же являются остальные 7 измерений.

Хокинг утверждает, что сразу после Большого взрыва развернулись и достигли космических величин всего четыре размерности: пространство (длина, ширина, высота) и время». Остальные до сих пор «свернуты», как и в момент Большого взрыва. В свою очередь, могут существовать миры, где эти размерности все-таки развернулись. В подобном случае вся наша Вселенная заключена внутри такого «гиперпространственного» мира, как бессчетные прямые линии -- внутри плоскости или бессчетные точки -- на одной прямой линии. Точка идеально похожа на точку, как прямая линия идеально похожа на прямую линию, как наша Вселенная... на все остальные Вселенные?

«Возможно, вся видимая нами трехмерная Вселенная парит в четырехмерном гиперпространстве», -- говорит Стивен Хокинг. Там ее подобий -- как точек на бесконечной прямой, как слов во всех тиражах «Войны и мира», которые когда-либо будут напечатаны.

У нашей Вселенной есть бесконечно много соседей. Похоже, если бы мы пробили ореховую скорлупу и выглянули наружу, мы увидели бы со всех сторон те же самые скорлупки. Загадочный гипермир оказался бы чем-то вроде мешка фундука или миндаля. И этот мешок -- как скатерть-самобранка; в нем все прибывает орехов. Новые Вселенные постоянно рождаются в результате квантовых флуктуации. «Подобное сотворение миров, -- поясняет Хокинг, -- напоминает образование пузырьков пара в кипящей воде. Многие из них тут же лопаются; другие расширяются, как случилось и с нашим миром».

Выводы

Рассмотрев множество различных гипотез квантовой механики, и изучив вопросы и парадоксы философии можно сделать несколько выводов.

1. Квантовая физика очень крепко связана с современной философией. Они взаимодополняют друг друга, но при этом существуют обособленно и независимо.

2. Основываясь на основных принципах философии, можно выводить различные законы для квантовых систем.

3. Изначально основной вопрос философии рассматривался на ином уровне, нежели сейчас, однако в последствии, дабы избежать воздействия посторонних факторов был преобразован в современный вид.

4. Взяв за основу эксперимент Эрвина Шредингера, можно сформулировать принцип суперпозиции как для квантовой механики, так и для философии, который предполагает, что объект без наблюдения с равной вероятностью может находиться в двух положениях одновременно, до тех пор, пока не будет проведено наблюдение, и объект не примет один из двух возможных вариантов исхода.

5. С помощью философского парадокса, о падающем дереве, можно выдвинуть гипотезу о том, что наблюдатель одним своим существованием влияет на систему. И без него действие не совершается и никогда не совершалось.

6. Базируясь на теории струн Стивена Хокинга можно построить предположение о том, что существует бесконечное множество, параллельных нашей, вселенных.

Приложения

Рис.1 Альберт Эйнштейн

Рис.2. Аристотель 

Рис.3 Плутарх

Рис.4 Основной вопрос философии

Рис.5 Эрвин Шредингер

Рис. 6. Наглядное представление эксперимента Шредингера

Рис. 7. Стивен Хокинг

Использованная литература

1. http://worldofscience.ru/fizika/4474-filosofskoe-znachenie-teorii-otnositelnosti.html

2. http://filosof.historic.ru/books/item/f00/s00/z0000197/st069.shtml

3. http://rae.ru/forum2011/60/78

4. http://scorcher.ru/mist/reality.php

5. http://www.aif.ru/dontknows/eternal/945117

6. EPR article: Can Quantum-Mechanical Description Reality Be Considered Complete?

7. E.P.Wigner. Remarks on the mind-body question, in L.G. Good, editor. The Scientist Speculates, p. 284-302, London, Heinemann, 1961.

8. http://lib.vvsu.ru/books/Bakalavr01/page0028.asp

9. http://4brain.ru/blog/кот-шредингера-суть-простыми-словами/

10. http://space-era.com/astronom46.htm

11. Хокинг С. Мир в ореховой скорлупке. Пер. с англ. А. Г. Сергеева. -- СПб.: «Амфора», 2007. -- 218 с -- ISBN 978-5-367-00614-8.

Размещено на Allbest.ru