ニールス・ボーアの年。
2つの真実についての教えであり、病的な言葉で説明されています。
語源
補完性の教義の原型は、古代のソフィストだけでなく、中世のアヴェロイストの「2つの真実」の理論にも見られ、現代の正統モダニズムにおける信仰と科学の和解を見ることができます。
特に、アヴェロ主義者は、聖書の同じ事実 (例えば、人間の創造) の神学的解釈と無神論的解釈の両方が、それらの矛盾にもかかわらず正しいと見なされるべきであると主張しました。
1927 年 9 月にコモで開催されたアレッサンドロ ボルタを記念する会議の後、ニールス ボーアによる最初の記事で、補完性の理論が彼に提示されました。というのは、そのような困難はすでに主語と目的語の区別に組み込まれているからです。 1929 年の記事で、ボーアは、「追加の、または相互的な記述方法に頼る必要性は、おそらく心理的な問題から私たちによく知られている」と述べています。 同作の下に次の一節がある。
「特に、連想思考の絶え間ない流れと個人の団結の維持との間の明白な対比は、本質的に、物質粒子の動きの波動記述とそれらの還元不可能な個性との間の関係に類似しています。」
マックス・ジャマーは 1974 年に 102 で、この特定の一節がアメリカの心理学者ウィリアム・ジェームスによる「生理学の原則」を直接再話したものであることを説得力をもって示した 163-164。
Jammer はまた、「補完的」という用語自体の出典として James を指摘しています:164。
ジェームズの著作は、デンマークの哲学者 H. ゲフディングによるキルケゴールの哲学の解釈とともに、ボーアの補完性の概念に影響を与えました。
意味
相補性原理は、2 つの真理の教義の変形であり、まず、量子論では研究対象と研究対象を厳密に分割することは不可能であるが、観察対象の分割されていない単一のシステムが存在するという事実に基づいています。観測ツールと研究者自身。
第二に、観察者と彼の楽器は結果に取り返しのつかない影響を与えるため、精神の中で神秘的な（「追加の」）方法で互いに結合する情報の複合体としての主題の真の考えを考慮することが残っています互換性のないものを組み合わせる。
ボーアによれば、量子力学的現象を完全に説明するには、2 つの相互に排他的な (「追加の」) 一連の古典的な概念を使用する必要があり、その全体がこれらの現象に関する包括的な情報を不可欠なものとして提供します。 たとえば、量子力学では時空パターンとエネルギー運動量パターンが追加されます。
ボーアは、互いに矛盾する現象において、オブジェクトに関する明確に定義された単一の情報セットの異なるが同等に重要な側面について話している状況を「補完的な」という用語で指定するのが便利だと考えています。
批判
補完性の原理は、アインシュタイン、ポドルスキー、ローゼンによって批判され、観測者と観測対象のシステムは依然として互いに異なることを示しました。 このことから、不確実性は物理理論の美徳ではなく悪徳であることは明らかであり、「補完的」はニールス ボーアの理論における世界の記述の不完全性を明らかにしています。
ヘーゲルの哲学者アレクサンドル・コジェフが、「不確定性 - 補完性の原則」に精通していたにもかかわらず、「物理学の分野では、真実は存在しない」と結論付けたことは注目に値します。 これは、そのような物理学が真実に無関心であるため、研究対象と研究者を区別することさえできないという意味で当てはまります。
影響
相補性の原理は、量子力学のいわゆるコペンハーゲン解釈 :348 と、マイクロオブジェクトの特性を測定するプロセスの分析 :357 の基礎を形成しました。
古典物理学から借用したこの解釈によれば、微粒子の動的特性 (座標、運動量、エネルギーなど) は、粒子自体に固有のものではありません。 電子のこれまたはその特徴の意味と特定の値、たとえばその運動量は、これらの量が特定の意味を持ち、同時にすべてが特定の値を持つことができる古典的なオブジェクトに関連して明らかにされます（そのような古典的なオブジェクトは、条件付きで測定デバイスと呼ばれます)。 大衆科学における相補性の原理の役割は非常に重要であることが判明したため、ヴォルフガング・パウリは、相対性理論との類推によって、量子力学を「相補性の理論」と呼ぶことさえ提案しました:343。
大衆文化と宗教における補完性の原則
大衆科学は一種の大衆文化であるため、補完性の原則の適用が最終的に補完性の概念の創造につながり、物理学だけでなく、生物学、心理学、文化研究、人道的知識を網羅したことは驚くべきことではありません。一般的に、要するに、大衆文化の事実になりました。
方法論的 dat によって提唱された原則。 量子力学の解釈に関連して物理学者 N. ボーア。 それは次のように定式化されます：認識の過程で、オブジェクトの完全性を再現するために、相互に排他的な「追加の」クラスの概念を使用する必要があり、それぞれが独自の特別な条件に適用されます。 D.P. は、ハイゼンベルグの不確実性関係と同一視されることがよくあります。 このような考察は、例えば、微粒子の座標が明確な場合、運動量は不定であり、その逆も成り立つという事実に基づいていました。 これにより、マイクロオブジェクトのこれら2つの特性を相互に排他的に使用する可能性が開かれました。 しかし、DP の内容ははるかに広く、ボーアは、量子物理学の発展の初期段階でさえ、不確実性関係に関係なくこの原理に取り組みました。 原子の安定性とその放射の特徴を説明するために、ボーアはよく知られている仮説を導入しました。 それらのおかげで、一貫性のないクラシックを 1 つのモデルに組み合わせることができました。 電子の運動に関する量子的なアイデア。 しかし、古典の応用 小さな量子数 (通常は量子現象) の領域への表現では、適切な結果が得られませんでした。 哲学的に考える必要があった この状況 . ボーアは、古典概念と量子概念の間の新しい形の接続のアイデアを提唱しています。 後に「追加性」と呼ばれる新しいアイデアは、この接続を確立し、古い概念を新しい領域に機械的に移し、その結果、古典的な概念が量子的な概念によって「補完」されました。 その後の量子論の発展において、一見克服できない認識論的困難が生じた（微粒子の物理的性質について、それらの相互に排他的な側面を1つの画像に組み合わせる可能性について）。 これらの困難を解決するための試みの 1 つは、ボーアによる D. p. の詳細な開発でした。このアイデアは、量子力学の基本原理が定式化されていた時期に「相補性」という名前が付けられました。 1927 年の秋、コモ (スイス) で開催された国際物理学者会議で、ボーアは次のように述べています。自然の記述」、Camb.、1934年、p.55）。 彼女のメイン 要件 - 量子オブジェクトの矛盾する特性を分析するために、相互に排他的な不適切な (古典的な) 概念を「追加のペア」の形で使用する必要性。 ボーアは、報告書「光と生命」(1932) で次のように指摘しています。なぜなら、力学の観点からそれらを深く分析するには、相互に排他的な実験装置が必要だからです」（「原子物理学と人間の知識」、?. ?.、p. 5）。 しかし、ボーアは、波動と粒子の性質の反対である光の矛盾した性質を正しく明らかにし、それらの内部統一の可能性を見ておらず、説明の2つの同等の側面のアイデアを提案しました。波に続いて、方法論的である両方の側面の外部m並置（物理的。マイクロ現象の写真）。 D. p. の本質 これは、哲学の矛盾を明確に示しています。 ボーアの位置。 30代と40代。 ボーアは D.P. の実証主義的解釈を与え、D.P. は「観察手段に関係なく、現象の客観的存在の根本的な制限を象徴する」のに役立つという考えを提唱し (同著, p. 7)、 「物理的現実の問題に関する見解の根本的な改訂」（「物理的現実の量子力学的記述」、ジャーナル。 : 「物理科学の成功」、vol. 16、no. 4、1936、p。 448）。 Heisenberg は、D.P. と不確実性関係の間に直接的な関係があると考えています。 これにより、彼は空間と時間のカテゴリーを因果関係のカテゴリーと対比させます。 (「量子論の物理的原理」、M .–L.、1932、p. 51)。 その後、ボーアは D. p. に物理的なものをはるかに超えた包括的な性格を与えました。 現象。 「生物の全体性と意識のある人々の特徴、そして人間の文化は、全体性の特徴を表しており、その表示には通常、 追加の方法 (「Quantum Physics and Philosophy」、雑誌「Uspekhi Fiz. Nauk」、第 67 巻、第 1 号、1959 年、p. 42)ヨルダン、F. フランク、G. ライヘンバッハ、その他)、D. p. は「因果関係の崩壊」、電子の「自由意志」などを広めるために使用されました。それを「制御されていない相互作用」、「主題の物理的現実による料理」と解釈すると、彼らは小宇宙の認識の詳細を科学的に説明できませんでした. 彼らの意見では、座標と運動量を同時に決定することの不可能性は、矛盾したものによるものではありません. 、マイクロオブジェクトの粒子波の性質ですが、相互に排他的な2つのクラスの機器を使用する必要があります。1つは時空間特性を決定するためです。しかし、反対に、その性質は認識の詳細の結果として考えられます。 たとえば、心理学における理性と本能、自由意志と決定論など、「追加の記述方法」が必要な状況または状況が示されています。 言語学の概念と健全な背景。 生物学におけるメカニズムと生命力。 社会学における個人の自由と社会的平等。 法学における正義と慈悲。 これに基づいて、アプリで。 文学、特にスイスの雑誌「Dialectika」では、弁証法を識別することが流行になっています. 「追加性」（認識可能なオブジェクトの相互に排他的な側面）との反対、したがって、「追加性」の方法による弁証法。 この識別には根拠がありません。 D. p. は反対のものの機械的な破裂、そしてそれらの外部並置を想定していますが、弁証法は相互排除だけでなく、客観的な関係、つまり反対のものの相互浸透によっても特徴付けられます。 「追加性」の概念は、多くのソビエトおよび外国の科学者による批判的分析の対象となりました。 . やのしら. この批判的な分析は、物理理論のさらなる発展への道を切り開くことに貢献しました. それにもかかわらず、弁証法的要素が自然に反映されたボーアの方法論的概念からの特定の合理的な結論は、例えば現代物理学の発展における特定の困難を解決するのに役立つかもしれません. 「素」粒子の理論の構築において。 このように、微分理論の方法論的役割は量子物理学の発展とともに変化し、その重要性は物理理論の発展の過程で減少します。 ボーアが提唱した概念は、量子論の構築と解釈の初期段階で積極的な支援の役割を果たしました。 しかし、その後の「追加の記述方法」の絶対化と研究方法のランクへの不法な昇格は、適切でますます深まる知識の要件を満たしていませんでした。 「追加性」の考えの合理的な意味とその本来の意味は、不可知論、物理的現実、因果関係の問題などに関するさまざまな主観主義的見解がそれに関連付けられ始めたときに失われました。 しかし、ボーアの研究の客観的な内容とそこから論理的に導き出された結論は、ある程度まで、自然過程の弁証法的性質についての科学的アイデアを豊かにすることに貢献しました。 それらは、認識の適切な方法を意識的に適用する必要性を示しています-現実の弁証法的プロセスの類似物です。 直訳: Blokhintsev D.I.、量子力学の基礎、第 2 版、M.–L.、1949; 彼自身の、物理学におけるいわゆる「コペンハーゲン学派」の哲学的見解に対する批判、Sat: 現代物理学の哲学的問題、M.、1952; Alexandrov A.D.、量子力学の理解における理想主義と混乱に反対、Vestn. Leningrad State University、1949 年、No 4。 Kuznetsov IV、Werner Heisenberg、および物理学における彼の哲学的立場、本：Heisenberg V.、原子物理学の哲学的問題、トランス。 ?. ?. Ovchinnikova、M.、1953; Omelyanovsky M. E.、量子力学の哲学的問題、M.、1956; ?ok V. ?.、量子力学に関するボーアの見解の批判、: 現代物理学の哲学的問題。 I. Kuznetsov と M. Omelyanovsky、M.、1958 の編集の下で。 Sachkov Yu. V.、量子力学の唯物論的解釈について、M.、1959; 現代物理学の哲学的問題。 土曜日 [I. V. Kuznetsov と M. E. Omelyanovsky の編集の下]、M.、1959 年。 現代物理学における因果関係の問題。 [I. V. Kuznetsov et al. の編集の下]、M.、I960。 A.ポズナー。 モスクワ。
可観測性の原理
20 世紀の物理学の発展における重要な役割。 観察可能性の原則が演じられました。少なくとも精神的に、少なくとも原則的に、経験によって検証できるステートメントのみを科学に導入する必要があります。 XX世紀の物理学で初めて。 可観測性の原理は、相対性理論を作成するために使用されました。 可観測性の要件により、アインシュタインは、実験的に検証できる同時性の定義を導入することを余儀なくされました。 本質的に、特殊相対性理論のすべての結果はこの定義から導かれます。 この前の理論が確立された条件下では、どの理論も前のあまり一般的でない理論に移行しなければならない、可観測性の原理と対応の原理により、物理学者は量子力学の作成に導かれました。 不確実性の関係、つまり、座標と速度の概念の相互の不確実性は、これらの量の可観測性が制限されている結果です。
しかし、特に 20 世紀後半の理論物理学の発展は、可観測性の要件をあまり厳格に適用すべきではないことを示しました。
したがって、量子力学では、観測可能な量ではなく、観測可能な量が二次的に表現される波動関数に対して閉じた方程式が存在します。
電気力学と重力理論の古典的な場の理論ではすでに、観測された物理場ではなく、補助場 (電気力学のベクトルポテンシャルまたは重力理論の計量テンソル) に関して方程式を定式化する方が便利で簡単です。 これらのフィールドは、観測された量を変更しない変換 (ゲージ変換) のクラス全体を許可します。 量子化では、このようなゲージ場の導入が基本的に必要になります。
1943 年にハイゼンベルグによって提案された、いわゆる S マトリックスまたは散乱マトリックスの歴史は有益であり、システムの研究に関する可能な実験のすべての結果をコンパクトな形式で書き留める方法です。 S-matrix の導入により、多くの重要な関係を取得することが可能になりました。 この方法の成功は50年代につながりました。 散乱行列の閉じた方程式を取得し、考えられるすべての散乱振幅を接続し、内部構造を参照せずに素粒子の理論を構築し、実験データを直接リンクするというアイデアに。 しかし、S マトリックスは、粒子が互いに孤立している長距離にわたって分離された粒子の挙動のみを扱います。 そのため、孤立した形で存在しないクォークなどの粒子はその中に失われます。 素粒子と近距離場の相互作用のメカニズムを調べなければ、合理的な理論を構築することはできません。 文字通りの可観測性の要件は、現代の物理学にとってあまりにも制限的であることが判明しました。
追加性
量子論の予測の確率論的性質と古典物理学の明白な因果関係との間の矛盾によって引き起こされた厄介な論争の期間中に、ニールス・ボーアは補完性の原理を導入しました。お互いに。 不確実性関係は、この原則の定量的表現であり、多くの分野に適用できます。 補完性の考え方により、物理的な規則性や生物の意図的な開発などの反対を理解し、調整することが可能になります。 この原則については、以下で詳しく説明します。
アインシュタインの知識理論は、現実の確率論的記述を許しませんでした。 ボーアにとって、補完性の考え方は、確率論的解釈を自然であるだけでなく、必要なものにもしました。
因果関係の原則
新しい理論の探索を制限する最も重要な原則の 1 つは、因果関係の原則です。 物理学者は、原因が結果に先行しなければならないという命題を理解しています。 そのような要件は、原因と結果の概念の定義から生じるため、一見すると明白に見えます。 しかし、因果関係の原則の内容は、それが満たされない可能性があり、実験的検証を可能にするという事実に正確にあります. 可観測性の原則によれば、アインシュタインが同時性の概念で行ったように、検証を可能にする形式で因果関係を最初に定義する必要があります。
B を A の結果とします。A の原因が、瞬間 t 付近の非常に短い時間間隔でゼロとは異なっていたとします。 因果関係が観察される場合、結果 B は t より後の時間 t でのみ非ゼロになります。 原則として、この遅延は測定可能です。 B が t 未満の t に対して存在することが判明した場合、因果関係は破られます。
因果関係の定義をより具体的な形で書きましょう。 A が散乱体に入射する波であり、B が散乱波であるとしましょう。 次に、記号的に B=SA です。 S を散乱関数と呼びます。 因果関係によれば、時間 t での B は前の瞬間の AR の値によって決定されるという事実は、散乱関数 S の特性に厳しい制限を課します。これらの制限は実験的に検証できます。
新しい方程式の検索で因果関係を維持するために、局所相互作用の要件が課せられます。 これは、たとえば粒子とフィールドとの相互作用が、粒子が位置する空間と時間のポイントでのフィールドの値によって決定されることを意味します。 2 つのフィールドの場合、相互作用は時空間の同じ時点での値によって決定されます。
異なる点にある 2 つのフィールド間の相互作用は、相対性理論によれば、光の速度を超えない速度で、同じフィールドまたは別のフィールドを使用して送信されます。 これにより、因果関係が保証されます。相互作用の伝播期間中、結果は原因と比較してシフトされます。 したがって、移動する 2 つの電子間の相互作用は、媒介によって行われます。 電磁場、各電子と局所的に相互作用します。
方程式の局所性は、前世紀の物理学で受け入れられた近接作用のアイデアの定量的表現です。
局所性の要件により、方程式の検索が制限され、方程式がより美しくなります。
これまでに行われたすべての実験で、因果関係が観察されました。 しかし、これから見ていくように、時空幾何学に大きな変動がある超小規模スケールでは、「前」と「後」の概念が不明確になり、因果関係の意味が変わる可能性があります。
相対性理論と重力理論
特殊相対性理論 (SRT) の作成の歴史は、 最良の例特定の哲学がどのように科学に弾みをつけるか。 現実の実験または思考実験の言語で定式化できない概念は科学には存在してはならないという考え - 可観測性の原則 - により、アインシュタインは同時性の直感的な概念に疑問を投げかけ、実験的に検証可能な定義を導入しました。 この定義から、特殊相対性理論のすべての結果がすぐに続きます-ローレンツ収縮と、静止座標系から観察した場合の移動座標系でのプロセスの減速の両方。
同時性の相対性
アンリ・ポアンカレは、1898 年の人気記事「時間の測定」で、同時性の定義の条件付けについて注目すべき考えを表明しました。 固定座標系の 2 つのリモート ポイントでのイベントの同時性のみが説明されました。 ポアンカレは次のように結論付けています。 言い換えれば、これらすべてのルール、これらすべての定義は、無意識の合意の成果にすぎません。
固定座標系の 2 点の場合、選択の余地はありません。 物理学者にとって唯一受け入れられる「合意」は、実験的に検証された真空中の光速度の一定性を使用して、光信号の助けを借りて2つのイベントの同時性を確立することです。 アインシュタインによれば、どの慣性座標系においても、光がそれらから等距離にある点に同時に到達する場合、異なる点での光の閃光は同時であると見なされます。 この定義は、同時性の相対性を直ちに暗示します。つまり、静止している観測者にとって同時である事象は、動いている観測者にとっては同時ではありません。
同時性の条件付けのアイデアから、2 人の偉人、ポアンカレとアインシュタインは異なる結論を導き出しました。 異なる慣性系における同時性の相対性を確立したアインシュタインは、可観測性の原理に基づいて、静止物体と移動物体では時間の流れが異なると結論付けました。 ポアンカレは、ニュートンの絶対時間と絶対空間の概念を受け入れました。 彼は、恣意的な慣習が数学的および自然科学的理論の基礎にあるという従来主義の哲学に固執しました。 ポアンカレは、アインシュタインの発言を条件付きと見なし、相対性理論を受け入れませんでした。
ローレンツ、ポアンカレ、SRT
ローレンツが提唱し、ポアンカレが開発した理論は、私たちが相対性理論と呼んでいるものとは異なります。 ローレンツとポアンカレでは、アインシュタインとは異なり、ローレンツ収縮は運動学の必然的な結果としてではなく、分子間の力のバランスの変化の結果として得られます ソリッドボディ移動するとき。
1909 年、ゲッティンゲンで、ポアンカレは「新力学」に関する講義を行い、そこで彼の理論で採用された仮定を列挙しました。 慣性システム; 2) 物体の速度は光速を超えてはならない。 そして最後に 3) モーションに沿ってボディが圧縮されます。 この 3 番目の仮説について、ポアンカレは次のように述べています。この3番目の仮説は完全に確認されています...」 これらの言葉から、ローレンツ-ポアンカレの位置から、ローレンツ収縮は何らかの理由であらゆる種類の力に対して実行されなければならない驚くべき出来事のように見えることは明らかです。 一方、アインシュタインにとって、これは彼の 2 つの公準の直接的な結果です。慣性系が変化するときの自然法則の不変性の要件と、光速の恒常性です。
恣意的な合意の考え方は、実験科学には当てはまりません。 プトレマイオスとコペルニクスの座標系は論理的に同等ですが、コペルニクスの「合意」がなければ、ケプラーの法則と万有引力の法則は発見されなかったでしょう。 ローレンツ・ポアンカレの「合意」に基づいて新しい力学を構築することが可能です。 しかし、まさに第 3 公準のせいで、相対性理論よりも比類のないほど複雑になります。 したがって、この理論では、たとえば、「ポアンカレ圧力」を導入するために、電子の平衡を確保する力の種類を見つける必要があります。
太陽中心系への移行がなければ、アインシュタインの「合意」がなければ重力理論も重力理論も存在しないのと同様に、天体力学も存在しないことは明らかです。 現代の理論田畑。
すべての可能な合意のうち、新しい品質につながるのは 1 つだけです。 これは、慣習主義が受け入れられないことを証明しています。
ローレンツとポアンカレは相対性理論に最も大きな貢献をしましたが、アインシュタインのような革命は起こしませんでした。 1898 年のポアンカレの研究と 1904 年のローレンツの研究の後、もう 1 つの決定的な努力が行われなければなりませんでした - 時空の相対性を受け入れることですが、このステップには異なるタイプの思考、異なる哲学が必要でした。 ローレンツは、前世紀の物理学の哲学に対する彼の深いコミットメントによって妨げられました。 ポアンカレの強力な数学的直感は、このタスクには不適切であることが判明しました。ここでは物理的な直感が必要でした。 彼の数学的バックグラウンドは、物理学の哲学と相容れない、あまりにも柔軟な従来主義の知識理論を生み出した可能性があります。
「アンリ・ポアンカレと物理理論」という記事の中で、ルイ・ド・ブロイは次のように述べています。 、以前のポアンカレは、前任者のすべての試みを使用して実証し、すべての困難をすぐに取り除いた総合を見つけました。 この決定的な打撃は、物理的現実の本質に対する深い直観と理解に導かれた強力な知性によってもたらされました...」
重力理論と現代物理学
一般相対性理論または重力理論は、非慣性系の特殊理論を一般化したものです。 重力の理論は、それ自体だけでなく、現代の理論物理学に影響を与えました。 主な役割は、アインシュタインがその作成に使用した一般的なアイデアによって演じられました。 これは、まず第一に、重力場の方程式を探す必要があるという考えです。 星を遅延相互作用を伴う重力中心のシステムと見なすことによって、つまり相互作用の伝播の有限速度を考慮に入れることによって、天の力学の修正を説明するいくつかの試みがありました (そのうちの 1 つがポアンカレの試みでした)。 アインシュタインはすぐにこの方向性を放棄し、フィールド変数を導入しました。
若い理論物理学者にとって、重力理論の創造の 10 年間の歴史を研究することほど有益な職業を想像することは困難です。 アインシュタインは、その構造に関係なく、あらゆる物体の重量と慣性質量の比例性という等価性の原理が観察される途方もない正確さに感銘を受けました。 彼は、物理学にふさわしく、重力と「慣性力」の等価性の原則から生じる最も単純な結果から始めました。 等価原理の普遍性により、アインシュタインは、幾何学と重力の間の驚くべき関係の必要性を確信しました。これは、彼の重力理論から導き出されたものです。 大学の同級生であるグロスマンの助けを借りて、彼は自分の考えを任意の座標系の場合に一般化するには、リーマン幾何学を使用する必要があることに気づき、適切な技術を習得して、4 つの座標系に関連する一般的な共変方程式を見つけるタスクを設定しました。 -物質の密度への次元幾何学。
アインシュタインの方程式には、ゲージ不変性の性質があります。 これは、変化しないメトリック テンソルの変換の広いクラスがあることを意味します。 物理的特性重力場、ちょうど電気と 磁場それらを記述するベクトルポテンシャルの特定の変換の下で。 ゲージ不変性は、すべての現代の場の理論の特徴です。 残念ながら、数式なしでこれをよりよく説明することは不可能です。
重力方程式の作成に使用される現代の場の理論のもう 1 つの特徴は、対称性の要件です。 重力方程式は、すでに述べたように、座標の任意の局所変換下での方程式のすべての項の共分散 (同じ分散) の要件から得られます。
このように、重力と電気力学を統合する場の理論を作成する試みの失敗を含む、重力理論の一般的な考え方は、開発の過程と現代の理論物理学の探索の方向性に影響を与えました。 既存のすべての物理理論の中で、美的および哲学的な観点から、重力の理論はおそらく最も完璧です。 ランダウは彼女を最も美しいと考えました。
この理論に代わるものを探す必要がありますか? 重力理論は論理的に閉じており、実験データを一意に説明します。 したがって、別の記述を探すための実験的または理論的根拠はないように思われます。 ただし、美の概念は絶対的に客観的なものではないため、著者がより美しいと感じるという理論が現れる可能性があります。 しかし、古典的な重力理論の観点からは説明できないいくつかの現象を説明する場合にのみ、科学的価値を主張する権利があります。 原則として、すでに完成した理論の新しい解釈の試みは、パウリが皮肉にも「Grundleger und Neubegrunder」と呼んだ科学者によって提唱されています。 この種の活動が科学の発展に役立つとすれば、それは間接的なものにすぎず、実りあることが証明された既存の理論の基礎をより正確に定式化するよう促すだけです。
量子論
量子力学の哲学的側面は、このジャーナルのページで何度も議論されています。 特定の哲学との関係を示すために、いくつかのよく知られた真実を繰り返す必要があります.
量子論の主な発見は、ミクロ世界の確率論的記述です。 粒子の振る舞いを表す波動関数は物理場ではなく、確率場です。 これは、量子論のすべての驚くべき特徴を説明しています。
補完性の原則
最初に、ニールス・ボーアの予想外の弁証法について一言。 ボーアは次のように述べています。 または：「真実には2種類あります-否定するのはばかげている些細なものと、会話も深い真実である深いものです。」 この考えを別の方法で定式化することができます: ステートメントの内容は、反駁できるという事実によってチェックされます。 . これがボーアの言葉です。真実の概念を補完する概念は何かと尋ねられたとき、ボーアは「明快さ」と答えました。
これから説明する相補性の原理は、ボーアの弁証法の頂点です。
反対者の団結と闘争についてのヘーゲルの言葉は、あまりにも一般的な判断と同様に、頻繁に使用されるため、取るに足らないものになっています。 ボーアの補完性の考えは、ヘーゲルの考えに新しい具現を与えます。
1927 年の初めに、2 つの重要な出来事が起こりました。ウェルナー ハイゼンベルグが不確定性関係を獲得し、ニールス ボーアが相補性の原理を定式化しました。
ハイゼンベルグは、粒子の位置と速度を測定するために考えられるすべての思考実験を分析した結果、それらを同時に測定できる可能性は限られているという結論に達しました。
私たちが「不確実性」という言葉を使用するのは何のためでもありません - 間違いではなく、無知ではなく、正確には不確実性です。 結局のところ、測定の根本的な不可能性は、可観測性の原理によれば、概念自体の不確実性を意味します。
ハイゼンベルグの不確定性関係は、ボーアの相補性原理の定量的な表現です。 補完的な概念の例をいくつか示します。
粒子波 - 単一エンティティの 2 つの追加側面。 量子力学がこれらの概念を統合するのは、粒子の粒子特性と波動特性の両方が明らかになる実験の結果を予測できるからです。
物理現象の連続性と痙攣性は追加の概念です。 測定は常に継続的な機能につながります。 実際には、短い間隔ではありますが、ジャンプは滑らかになっています。 したがって、原子では、エネルギージャンプは、相転移では、スペクトル線の有限幅によって、つまり有限数の分子によって平滑化されます。 その意味で、「自然は飛躍しない」という古代人の言葉は正しい。 しかし同時に、このようなスムージングはジャンプ パターンを削除せず、妥当な近似として残り、スムージング効果をオフにすると精度が向上します。
巨視的現象の不可逆性と、巨視的システムの個々の粒子の運動を決定する力学方程式の可逆性とを論理的にどのように調和させるかという問題があります。 粒子力学の明確な法則は、統計物理学の確率論的記述とどのように一致しますか?
著名なレニングラードの理論物理学者ニコライ・セルゲイヴィッチ・クリロフは、30 歳にも満たない若さで亡くなったが、その著書「統計物理学の正当化」の中で、言及された困難を深く分析し、位相空間における「混合」の概念を初めて導入した。として 必要条件統計の説明。 彼は、温度、密度、圧力、およびシステムに含まれる粒子の微視的記述などの統計的特性の間に補完性があることを示唆しました。 クリロフは、粒子の座標と速度を決定しようとすると、統計的記述の可能性が排除されることを示しました。 残念ながら、彼は早世したため、このアイデアを発展させることができませんでした。
現象の物理的描写とその厳密な数学的記述は補完的です。 物理的な画像の作成には、定性的なアプローチが必要であり、詳細を無視し、数学的精度から遠ざかります。 逆もまた同様です。正確な数学的記述を試みると、全体像が非常に複雑になり、物理的な理解が難しくなります。 これがボーアの言葉の意味であり、明晰性は真実を補完するものであると主張しました。
ボーアは、補完性の考え方を他の知識分野に適用するために多くのことを行いました。 生物学的法則は、物理的および化学的プロセスに帰着しますか? すべての生物学的プロセスは、生物を構成する粒子の動きによって決定されます。 しかし、この見解は問題の一面しか反映していません。 より重要な反対側は、物理学と化学の法則によって決定されますが、それらに還元されない生物のパターンです。 生物学的プロセスは、「なぜ」という質問に答える最終的な規則性によって特徴付けられます。 一方、物理学は、「なぜ」と「どのように」という質問にのみ関心があります。 正しい理解は、生物学の補完的な記述、物理化学的因果関係と生物学的目的の統一性に基づいてのみ可能です。
ボーアによれば、自由意志の問題は、思考と感情の補完性によって解決されます-経験を分析しようとすると、それらを変更し、その逆も同様です-感情に屈すると、分析の可能性が失われます.
ある言語学者が、彼の科学に存在する 2 つの方向性を調和させるのは難しいと私に不平を言ったことがあります。 フレーズの意味は、その構成単語の全体によって完全に決定されると主張する人もいます。 私の対話者を含む他の人は、言葉は内容をほのめかす記号にすぎないと信じています。 例として、彼は次のフレーズを引用しました：「1978年にA.P.イワノワが歯髄炎を患ったのは誰ですか?」 医師が、患者が以前に治療を受けた専門家を尋ねることは明らかです。 しかし、意味を正しく伝える翻訳機をどのように設計すればよいのでしょうか?
私は友人に、ボーアのアイデアに目を向けるよう提案しました。 しばらくして、彼は私に次のように書いています。 それは、これらの 2 つの側面の不一致を、破片としてではなく、祝福として、特定の誠実さの証拠として理解することを可能にします...」.
物理学では、ボーアのアイデアは量的な関係につながり、その重要性を証明しています。 他の分野では、補完性の考え方は一見したところ取るに足らないものに思えます。 ただし、その価値は、開発の方向性を見つけるのに役立つという事実によって証明されています。例では、翻訳用の機械を構築するための合理的な方法を開発しています。
量子論の特徴
量子論のすべての異常な特徴は、相補性の原理に由来します。 それらのいくつかを挙げてみましょう。
1. 量子力学の予測は曖昧です。 それらは特定の結果の確率を与えるだけです。
このあいまいさは、古典物理学の決定論と矛盾します。 17 ～ 16 世紀の天体力学の進歩 明確な予測の可能性に深い信頼を抱かせました。 ピエール・ラプラスは次のように述べています。宇宙で最も「巨大な物体」と「最も軽い原子」の運動の単一の公式。 彼にとって不明確なものは何もなく、未来は過去と同じように彼の目の前にあるだろう...」. つまり、すべての粒子の座標と速度がわかれば、宇宙の未来を予測し、過去を知ることができます。 古典的な電気力学の予測は、同じ方法で決定されます。
量子力学では、不確実性は基本的なものであり、古典的な記述方法における微小物体の量子的性質の補完性から導き出されます。 「すべての粒子の座標と速度」を設定することによって、システムの状態を決定することは不可能です。 一番できるのは質問すること 初期の瞬間座標と速度の特定の値の確率を表す波動関数。 量子力学により、後でいつでも波動関数を見つけることができます。 ラプラシアンの意味での因果関係は破られていますが、より正確な量子力学的理解ではそれが観察されます。 一意の最終状態は、最も完全に定義された初期状態から一意に続きます。 「状態」という言葉の意味だけが変わりました。
2. 量子力学以前の物理現象 (統計 (物理学)) の確率論的記述は、複雑なシステムの記述で生じました。このシステムでは、十分に長い時間にわたる初期条件の小さな変化が状態の強い変化につながります。これらのシステムは次のように記述されます。古典力学の厳密に一価の方程式であり、初期状態の間隔で平均すると確率が現れます。
対照的に、量子力学によれば、複雑なシステムと非常に単純なシステムの両方に有効な記述があり、初期条件の追加の平均化は必要ありません。
3. 予測の確率論的性質の理由は、観察の方法から離れて微小物体の特性を研究することができないためです。 それに応じて、電子は波として、または粒子として、またはその間の何かとして現れます。 もちろん、観測方法に依存しない特性があります: 質量、電荷、粒子スピン、バリオン電荷、磁気モーメント...観察方法。 V. A. Fok は、量子オブジェクトのこの性質を「観察手段に対する相対性」と呼びました。
この理由は取り返しのつかないものです - 私たちは量子オブジェクトを古典物理学の言語で記述することを余儀なくされています。古典物理学の言語は、私たちの観察手段によって語られ、私たちの思考を定式化するものです. 主観的なツールを使用して目的を説明することは避けられませんが、そうすることで失うものは何もありません。 それはあたかも、多次元オブジェクトの形状を、その 3 次元投影を研究し、さまざまな平面に沿って分析することによって認識しているかのようです。
4. 波動関数は物理フィールドではなく、情報のフィールドです。 各測定の後、波動関数は急激に変化します。 確かに、電子に特定の運動量があるとしましょう。 この状態では、写真乾板に落ちる前に、電子はどの場所でも同じ確率で見つかります。 プレートの粒子が黒くなった後、その位置の不確実性はごくわずかな時間で突然変化しました-今では粒子のサイズによって設定されています。
物理的なフィールドがそのような特性を持つことができないことは明らかです。 光の伝搬速度は有限であるため、広い空間領域の物理場を短時間で変化させることは不可能です。 波動関数のジャンプのような変化は、別のタイプの観測、別の追加条件のみを意味します。この例では、最初に特定の電子運動量が選択されたという条件の下で波動関数を探し、次に次の条件の下で波動関数を探します。指定された粒子が黒くなりました。 ここに非常に近い類推があります: ある星から遠く離れた別の星に望遠鏡が素早く移動したと想像してみましょう - 星への望遠鏡の物理的な影響や別の星への望遠鏡の物理的な影響とは関係なく、観測サイトの選択のみがありました。
5. 量子力学では、重ね合わせの原理が満たされます。つまり、全体の波動関数は、相互に排他的なイベントの波動関数で構成されます。 私たちが知っているように、電気力学では、強い場では重ね合わせの原理が破られます。 この原理は、特定の条件下では、波動関数に対して正確に観察されなくなるという量子論を想像することができます。 しかし、不確実性関係と波動関数の確率論的解釈が破られる量子論を想像することはほとんど不可能です。
アインシュタインとボーア
深い物理的なアイデアは、常に物理学の哲学的理解の成果です。 光量子の仮説、相対性理論、重力理論、宇宙論など、彼の主要な作品のすべてにおいて、アインシュタインは物理学の哲学者としての役割を果たしました。
ボーアでは、哲学的反省の賜物が、量子論の物理的解釈の創造に現れました。 ボーアの哲学的思想は、不確実性関係や波動関数の確率論的解釈などの発見のために、物理学者の潜在意識を準備しました。
この 2 人の偉大な物理哲学者の見解がどのように発展したかをたどるのは興味深いことです。
1925 年まで、相補性原理の将来の作成者であるボーアは、光量子のアインシュタイン仮説に反対し、古典的な電気力学を維持しようとしました。 一方、1905 年にアインシュタインによって発見された粒子と波動の二元論は、相補性の最初の物理的な例でした。 その後、ほぼすべての物理学者が波動関数の確率論的解釈を受け入れたとき、アインシュタインはこの解釈に否定的な反応を示しましたが、彼自身は 1916 年に彼の仕事で初めて遷移確率を導入しました...
量子力学の物理的意味と不確実性関係の妥当性についての彼らの論争は、1927 年に始まって長年続いた。彼の意見では、「主なる神はサイコロを振らない...」という最終決定を下すことはできません。
1935 年、アインシュタイン、ポドルスキー、ローゼンの研究が「物理的現実の量子力学的記述は完全であると見なすことができるか?」という論文が発表されました。 2 つのサブシステムがしばらくの間相互作用し、その後長距離に分散したと仮定します。 著者は次のように述べています。 一方、量子力学によれば、最初のシステムでの測定の助けを借りて、2番目のシステムの波動関数を変更することが可能です...
この現象を簡単な例で追ってみましょう。 衝突前に 2 つの粒子の運動量を測定したと仮定し、一方は衝突後も地球に留まり、もう一方は月に飛んでいるとします。 衝突後の地球の観測者が残りの粒子の運動量のある値を受け取った場合、運動量保存の法則に従って月上の粒子の運動量を計算できます。 その結果、地球での測定の結果としてのこの粒子の波動関数が決定されます-それは特定の運動量に対応します。
波動関数を物理場として理解すれば、そのような結果はあり得ません。 波動関数が情報の波であることを考慮すると、それは当然のことです。これは、新しい情報の出現に伴う予測の確率の通常の変化です。 私たちは質問をします：月の実験者が彼の粒子の運動量の1つまたは別の値を見つける確率はどれくらいですか 追加条件地球粒子のある運動量が見出されることは? これは、両方の研究所で運動量の複数の測定値のセット全体を取得し、このセットから特定の運動量が地球上で得られた場合を選択する必要があることを意味します。 この条件下では、月のデータは、運動量保存の法則に従って、特定の既知の運動量に対応します。 あるサブシステムの測定値が別のサブシステムの動作に関する予測に与える影響は、特定の条件を満たすケースを選択するという意味で正確に理解する必要があります。 選択条件が変われば波動関数が変わるのは明らかです。 この現象は、古典物理学と日常生活の両方に存在します。 イベントを選択する条件が変わると、予測の確率が跳ね上がります。
本質的に、ボーアとアインシュタインの間の論争は、2 つの哲学、2 つの知識理論の間の論争でした。古い物理学の明確な見方であり、明確な決定論を備えた古典力学と電気力学に基づいて成長し、新しい事実を吸収するより柔軟な哲学です。 20世紀の量子物理学. 補完性の原則を備えています。
別の解釈を探すべきでしょうか？
量子力学は、測定理論とともに、一貫した非常に美しい理論です。 それを「改善」しようとするすべての試みは、これまでのところ受け入れられないことが証明されています.
量子力学的記述の完全性についての激しい議論の結果、次のような考えが生まれました。それは、電子の状態が運動量、座標、およびスピン射影だけでなく、いくつかの内部隠しパラメータ？ 次に、統計物理学のように、これらのパラメーターの不確実性により、結果の不確実性が発生します。 原則として、隠れパラメータの値が判明すれば、古典力学のように予測が明確になります。 単一の予測で、隠れパラメータを選択することで、量子力学と同じ結果を得ることができます。 ただし、連続するイベントを予測する場合、これが常に可能であるとは限りません。 最初の次元は隠れたパラメーターの範囲を制限するため、2 番目の次元への自由度は量子力学と一致するには不十分です。
1965 年、D. Bell は、どの実験で量子力学の予測と隠れパラメータの理論との違いを見ることができるかを示しました。 このような実験は、1972 年に S. Friedman と D. Clauser によって行われました。 彼らは、励起されたカルシウム原子から放出される光を観察しました。 彼らの実験条件下では、カルシウム原子は2つの量子を連続して放出しました 可視光、従来のカラー フィルターを使用して区別できます。 各量子は、特定の偏光方向を選択する偏光計を通過して、独自のカウンターに入りました。 一致の数は、2 つの量子の偏光方向の間の角度の関数として研究されました。 隠れ変数の理論は、この関係を表す曲線のくぼみを予測しました。 実験では、くぼみがなかっただけでなく、実験曲線全体が量子力学から得られた理論曲線と正確に一致しました。 その後、他のより正確な実験が行われましたが、これも量子力学と一致していました。
したがって、隠れ変数の理論は、少なくとも現在の形では、経験と矛盾しています。 量子力学が再び確認されました。 しかし、量子力学の不可侵性を主張することは、特に極小スケールの未知の分野に関しては、量子物理学の哲学の精神に反することになります。
フィールド量子化
電磁場および他の分野への量子力学の応用。 無限の数自由度は、相対性理論と量子力学によって確立された、自然を記述する方法の変更を必要としませんでした。 有限数の自由度を持つシステム用に開発された量子力学をフィールド、つまり連続的な自由度を持つシステムに適用するために、十分に大きいが有限の体積のボックス内のすべての可能な振動検討されました。 次に、自由度のセット - 可算 (数えることができます) - は、ボックス内のすべての可能な定在波の自由度です。 量子力学はあらゆる振動に適用されます。 空の空間では、実際の粒子が存在しない場合、考えられるすべての場の振動が発生し、粒子と反粒子が生まれては消えることが判明しました。
量子電気力学が作成され始めた20年代の終わりは、現代の基礎物理学の主な目的である真空の研究の始まりと考えることができます。
量子電気力学
電磁波はそれ自体と相互作用しません。 それぞれの定在波は、周期的に振動するシステム、つまり発振器です。 したがって、電磁場の量子化の問題は、独立した振動子の量子化の問題に還元されます。
追加原則
追加原則
量子物理学に関連してニールス ボーアによって定式化された方法論的原理。これによれば、小宇宙に関連する物理的対象を最も適切に記述するためには、相互に排他的な追加の記述体系で記述しなければなりません。波と粒子として ( cm。多値ロジック)。 これが、彼が 20 世紀における P. d. の文化的意義をどのように解釈しているかです。 ロシアの言語学者であり記号学者である V.V. ナリモフ: 「古典論理は外界を説明するのに十分ではありません。これを哲学的に理解しようとして、ボーアは彼の有名な相補性の原則を定式化しました。これによれば、相互に排他的な追加の概念クラスが不可欠な現象を再現するために必要です。記号システム. これは物理学の言語の論理構造の拡張に相当する要件です. ボーアは非常に単純な手段と思われるものを使用します: 彼は2つの言語の相互に排他的な使用を認識しています, それぞれが基づいています通常の論理について. それらは相互に排他的な物理現象、例えば、光現象の連続性と原子論を記述しています. ボーア自身は、彼が定式化した原則の方法論的重要性をよく理解しています: "... 生物の完全性と人々の特徴人間の文化と同様に、意識を持ったものは誠実さの特徴を表しており、それを表示するには通常、追加の説明方法が必要です。」 実際、整合性とは、明確に定義された論理システムがメタファーとして機能するという認識です。それらは、外の世界のように振る舞うモデルとそうでないモデルの両方を定義します。 1 つの論理構造だけでは、マイクロワールドの複雑さ全体を説明するには不十分です。 世界像を説明する際に、一般的に受け入れられている論理に違反するという要件 ( cm。 PICTURE OF THE WORLD) 明らかに最初に量子力学に現れた - そしてこれはその特別な哲学的重要性である. 「後に、Yu. M. Lotman は P. d. の拡張された理解を適用し、次のように説明することができます: 情報の不十分さ思考する個人の意のままに、別のそのような単位を参照する必要があります。 完全な情報の下で活動している存在を想像できれば、決定を下すのに同種のものは必要ないと考えるのが自然でしょう。 人の通常の状況は、情報が不十分な状況での活動です。 情報の範囲をどれだけ広げても、科学の進歩のペースを追い越して、情報の必要性が高まります。 その結果、知識が成長するにつれて、無知は減少するのではなく増加し、活動はより効果的になり、より簡単になるのではなく、より困難になります。 これらの条件下では、情報の不足はその立体性によって補われます-同じ現実の完全に異なる投影を得る能力-( cm。 REALITY) をまったく別の言語に翻訳します。 コミュニケーションパートナーの利点は、彼が違うという事実にあります。 P. d. は、大脳半球の純粋に生理学的 - 機能的非対称性によっても引き起こされます ( cm。脳の半球の機能的非対称性) は、PD の実装のための一種の自然なメカニズムです。ある意味で、Bohr は、Kurt Gödel が演繹システムのいわゆる不完全性定理を証明したという事実により、P.D. を定式化しました (1931)。 ゲーデルの結論によると、システムは一貫しているか、または不完全です。 V. V. Nalimov はこれについて次のように書いています: 「ゲーデルの結果から、算術が表現される言語で一般的に使用されている一貫した論理システムは不完全であることがわかります。これらのシステムの言語で表現できる真のステートメントがあります。これらの結果から、このシステムの公理を厳密に固定して拡張しても、このシステムを完全にすることはできないということもわかります - その手段では表現できないが、そこから導き出すこともできない新しい真実が常に存在します。 . ゲーデルの定理からの一般的な結論は、途方もない哲学的意義の結論です: 思考する人間は演繹的な形よりも豊かです. PD に直接関係する物理的であるが哲学的にも意味のある別の命題は、偉大なドイツの物理学者によって定式化された、いわゆる不確実性関係です. 20 世紀のヴェルナー ハイゼンベルグ.この命題によれば、ミクロコスムの相互に依存する 2 つのオブジェクト、たとえば粒子の座標と運動量を等しく正確に記述することは不可能です。 ある次元で精度があれば、別の次元では失われます。 この原則の哲学的類推は、ルートヴィヒ・ウィトゲンシュタインの最後の論文 ( cm。分析哲学、信頼性）「信頼性について」。 何かを疑うためには、何かが確実でなければなりません。 この原理をウィトゲンシュタインの「ドアヒンジの原理」と呼んでいます。 ウィトゲンシュタインは次のように書いています：「私たちが提起する質問と私たちの疑いは、特定の命題が疑いから解放されているという事実に基づいており、それらはこれらの質問と疑いが展開するループのようなものです.ドアを回転させたいなら、蝶番を固定しなければならない」 したがって、PDは20世紀の文化の方法論において根本的に重要であり、認識の相対主義を実証し、文化的実践において自然にポストモダニズムの現象の出現につながり、立体視、補完性の考えを高めました芸術的な言語を主な美的原則に。
20世紀文化辞典. V.P. ルドネフ。
「追加性の原則」が他の辞書にあるものを参照してください。
相補性の原理は、1927 年に Niels Bohr によって定式化された、量子力学の最も重要な原理の 1 つです。 この原則によれば、量子力学的現象を完全に説明するには、相互に排他的な2つを適用する必要があります... ... ウィキペディア
補完性の原則- 1927 年にデンマークの物理学者 N. ボーア (1885 ～ 1962 年) によって定式化された、量子力学の基本的な位置。 物理量微小物体（素粒子、... ... 現代自然科学の概念。 基本用語集
補完性の原則- papildomumo principas statusas T sritis fizika atitikmenys: 角度。 相補性原理 vok. Ergänzungsprinzip、n; Komplementaritätsprinzip、n rus。 補完性の原則、m pranc。 principe de complémentarité, m … Fizikos terminų žodynas
「追加性の原則」- - 1) 原理。測定装置と物体の間の相互作用が現象の不可分な部分であることを意味します。 2) 研究中の物体または現象に特定の摂動を導入する、測定に関連する手順)