Концепция детерминизма и ее роль в физическом познании. Причинность и целесообразность.

Детерминизм — это учение о всеобщей обусловленности объективных явлений. В основе такого представления о мире лежит универсальная взаимосвязь всех явлений, которая, с одной стороны, является проявлением единства мира и способом его реализации, а с другой — следствием и предпосылкой универсального характера развития.

Детерминизм - методологический принцип, согласно которому из факта, что в мире все взаимосвязано и причинно обусловлено, следует возможность познания и предсказания событий, имеющих как однозначно определенную, так и вероятностную природу. Механический детерминизм - однозначная причинная обусловленность - абсолютное строгое предсказание.

Успехи механики закрепляют представления об исключительно динамическом характере закономерностей, об универсальности причинной обусловленности. Причинность становится формой выражения законов науки, содержанием детерминистской формы объяснения явлений. Полное и гармоническое слияние механической причинности и детерминизма происходит в работах математика П. Лапласа. Центральной становится идея о том, что всякое состояние Вселенной есть следствие предыдущих и причина последующих ее состояний. Принцип детерминизма в формулировке Лапласа выражает веру создателей классической механики в рациональное устройство Вселенной, в возможность проследить на основе законов механического движения судьбу каждой ее отдельной частицы и состоящих из них тел.

Ньютоновская концепция Вселенной, состоящей из твердых маленьких неделимых неразрушимых частиц, обладающих постоянной формой и массой и связанных таинственным законом тяготения, каждая из которых действует на другие с вполне определенной, вычисляемой силой, была положена в основу последовательного детерминизма французским астрономом и математиком Лапласом. Механистическая Вселенная организована в трехмерное пространство классической эвклидовой геометрии. Это пространство абсолютно, постоянно и всегда находится в покое. Оно представляет собой большое вместилище тел, само по себе нисколько от них не завися, и лишь предоставляя им возможность перемещения под воздействием силы притяжения. Точно так же время являет собой чистую длительность, оно абсолютно, автономно и независимо от материального мира. Однородным и неизменным потоком течет оно из прошлого через настоящее в будущее. В целом Вселенная предстает как огромный, полностью детерминированный часовой механизм, в котором действует непрерывная цепь взаимосвязанных причин и следствий. Если бы можно было получить точную информацию о каждом звене этой цепи, то стало бы вполне возможным совершенно точно реконструировать любую ситуацию прошлого и предсказывать события будущего без всяких погрешностей.

Весь мир представляется в виде комплекса механических систем, развивается без участия какого бы то ни было сознания и разума. Вся его история, начиная от «большого взрыва» до сегодняшнего дня - результат слепого и стихийного движения материальных масс. Жизнь зарождается в первозданном океане случайно, как результат беспорядочных химических реакций, и пойди процесс чуть по-другому, сознание никогда не проявилось бы в бытие. С физикалистской точки зрения появление жизни и сознания - не только загадка, но и явление достаточно странное, абсурдное, так как оно противоречит второму началу термодинамики, утверждающему, что всякая сложная система неуклонно стремится стать простой, но не наоборот.

Результатом развития классической механики и принципов детерминизма явилось создание единой механической картины мира, в рамках которой все качественное многообразие мира объяснялось различиями в движении тел, подчиняющемся законам ньютоновской механики. Согласно механической картине мира, если физическое явление мира можно было объяснить на основе законов механики, то такое объяснение признавалось научным. Ему принадлежит ставшее классическим описание сущности детерминизма:

Состояние Вселенной в данный момент можно рассматривать как результат ее прошлого и причину ее будущего. Разумное существо, которое в любой момент знало бы все движущие силы природы и взаимное расположение образующих ее существ, могло бы - если бы его разум был достаточно обширен для того, чтобы проанализировать все эти данные - выразить одним уравнением движение и самых больших тел во Вселенной, и мельчайших атомов. Ничто не осталось бы сокрытым от него - оно могло бы охватить единым взглядом как будущее, так и прошлое.

Многое из того, чем занимаются точные науки, сводится к установлению функциональных соотношений между переменными. Если такого рода соотношение оказывается верным в широких пределах и выражает нечто важное относительно физического мира, то оно обретает статус закона природы.

Однако еще Дж. Максвелл указывал на существование ситуаций (которые он называл особыми точками), в которых поведение механической системы становится нестабильным, как, например, камень на вершине горы может вдруг сорваться, вызывая лавину. Максвелл предостерегал своих ученых коллег от недооценки роли таких ситуаций и считал, что если изучение особых точек сменит непрерывность и стабильность вещей, то успехи естествознания, возможно, позволят устранить предрасположение к детерминизму.

Лидер физической науки своего времени, Максвелл стал пророком для следующего поколения ученых. Некоторые из его работ по кинетической теории газов способствовали закату детерминизма. Трещины и пробелы, которые Максвелл увидел в детерминистической схеме, вскоре расширились. На смену детерминизма пришли статистические законы.

Применение законов статистики в физике началось со статистической механики, где еще можно было предполагать, что, детально описав миллионы столкновений молекул, каждая из которых подчиняется законам классической механики, и, таким образом, поведение которой полностью детерминировано, мы могли бы предсказать поведение газа в целом. Но число столкновений столь велико, что рассматривать подобные коллективные эффекты можно только статистическими методами. Первым стал использовать статистические законы кинетической теории газов Людвиг Больцман, чей подход был радикален в эпоху господства механицизма и детерминизма и вызвал ожесточенные споры. Однако, сокрушительный удар по детерминистическому мировоззрению был нанесен несколько позже.

Долгое время одни выдающиеся физики (Бор, Борн, Паули) придерживались концепции, что все явления природы подлежат лишь вероятностной интерпретации, в то время как для многих не менее выдающихся физиков нашего столетия, в том числе многих создателей квантовой механики (Шредингер, Эйнштейн, Луи де Бройль, Макс Планк) подобное статистическое истолкование квантовой теории оказалось крайне неприемлемым. Они придерживались концепции причинности и детерминизма восходящих своими корнями к классической механике. Суть спора сводилась к следующему: является ли статистический характер законов квантовой физики результатом неполного знания, и не уступят ли эти законы свое место новым, не менее детерминистским, как законы Ньютона, или вероятность лежит в основе законов самой природы.

В статье "Можно ли считать квантово-механическое описание физической реальности полным?" Эйнштейн утверждал, что волновая механика не полна, и со временем должна появиться статистическая квантовая теория, которая явиться аналогом статистической механики: движение отдельных частиц должны быть детерминированы, но вследствие большого числа частиц их ансамбли должны описываться на основе статистики и теории вероятности. То же мнение выразил Поль Дирак (1978), считавший, что возможно в будущем появится усовершенствованная квантовая механика, в которой произойдет возврат к детерминизму и тем самым подтвердиться точка зрения Эйнштейна. Но возврат к детерминизму, по мнению Дирака, возможен только ценой отказа от каких-то основных идей, которые мы сейчас принимаем без малейшего сомнения. Если мы вернемся к детерминизму, то нам придется каким-то образом заплатить за это, хотя сейчас трудно предугадать, чем именно.

Ни Дирак, ни Эйнштейн не предложили альтернативной модели атомной теории. И к настоящему моменту квантовая теория достигла такого уровня в своем развитии, что решение проблемы вряд ли зависит только от получения новых экспериментальных данных. Хотя, для описания явлений, в которых участвуют видимые или осязаемые объекты, физики по прежнему используют детерминистические законы классической механики, их отношение к детерминизму при описании явлений такого рода существенно изменилось, благодаря развитию идеи квантовой механики. Все происходит так, как происходит, поскольку вероятность этого весьма высока, а вероятность того, что может быть иначе, весьма незначительна.

Причинность и целесообразность.

Издавна существует воззрение, согласно которому все в природе устроено целесообразно и всякое развитие является осуществлением заранее предопределенных целей. Эта позиция называется телеологией. В доказательство своих взглядов сторонники телеологии обычно приводят факты целесообразного строения организмов в природе. Стоит только, говорят они, присмотреться к устройству крыла какой-нибудь бабочки, поведению муравья, крота, рыбы, чтобы убедиться, насколько целесообразно все устроено. Наиболее наивной и грубой формой выражения телеологии является утверждение, что, например, кошки созданы для того, чтобы пожирать мышей, а мыши — чтобы служить пищей для кошек. Мухи, по едкому замечанию Вольтера, рождаются для того, чтобы их съедали пауки, а люди— для того, чтобы их глодали скорби. Целью всего процесса эволюции животного мира является человек, а животные созданы для того, чтобы человек оказался в благоприятных условиях жизни.

Целесообразное строение растений и животных — реальный факт. Например, по своему устройству стебель растения может служить образцом для архитектора, желающего создать прочную легкую конструкцию с наименьшими затратами материала. Еще Б. Спиноза призывал не удивляться целесообразности, “как глупец”, а “искать истинные причины чудес” и “смотреть на естественные вещи, как ученый”.

Изменения в мире животных и растений обусловлены взаимодействием их с условиями жизни. Если эти изменения оказываются полезными для организма, т.е. помогают ему приспособиться к среде и выжить, то они сохраняются в результате естественного отбора, закрепляются наследственностью, передаются из поколения в поколение, образуя то целесообразное устройство организмов, ту приспособленность к среде, которые так часто поражают воображение людей и о чем так метко говорил К.А. Тимирязев:

“Отбор без отбирающего лица, самодействующий, слепой и безжалостный, работающий без устали и перерыва, в течение несметных веков отбирающий одинаково и крупные внешние особенности, и самые ничтожные подробности внутреннего строения — под одним только условием, чтоб они были полезны для организма; естественный отбор — вот причина совершенства органического мира; время и смерть — вот регуляторы его гармонии”.

Углубляющееся познание выходит за рамки простого установления причинных отношений. Оно проникает в связи вещей и с других сторон. Отношения между причиной и следствием могут выступать как в форме необходимости, так и случайности.