Вторая часть книги Гейзенберга ‘Порядок действительности‘ посвящена рассмотрению уровней организации, правда, со стороны познания, а не со стороны вещей. Интересно отметить, что Гейзенберг отталкивается от ряда Гёте: ‘Случайное, Механическое, Физическое, Химическое, Органическое, Психическое, Этическое, Религиозное, Гениальное’, который у него преобразуется в ‘Классическая физика, Химия, Органическая жизнь, Сознание, Символ и образ, Творческие силы’.
Меня заинтересовала общность рассмотрения Гейзенбергом температуры и квантовой механики при переходе от классической физики к химии. Цитаты Гейзенберга в конце заметки хорошо подтверждают высказывание историка науки Стивена Браша:
‘широкое развитие молекулярно-кинетическая теории вещества в конце 19-го века познакомило многих ученых с вероятностной точкой зрения … Таким образом, молекулярно-кинетическая теория сыграла важную роль в переходе от классической физики к квантовой, как на вычислительном, так и на концептуальном уровнях.’
Вначале несколько слов про рассмотрение иерархии в целом. Отмечу, что позиция Гейзенберга в определенной степени мне понравилась. Он относит представленный им ряд к ‘совокупности закономерных взаимосвязей’, которая образует ‘область действительности’. При этом предполагается, что несмотря на пересечение разных областей, возможно достичь выработки понятий, достаточной для независимой характеристики каждой из этих ‘областей действительности’:
‘Здесь в первую очередь следует напомнить о том, что язык, на котором мы говорим о действительности, рождается в процессе сотрудничества действия и опыта. По мере того как понятия постепенно обретают все более четкий смысл, они также вступают в связь с совершенно определенными предпосылками через наше живое отношение. Именно благодаря этому самостоятельно достигается некое завершение понятийной системы и связанной с ней области действительности, так как эта система относится к совершенно конкретному живому отношению к действительности, а следовательно, больше не может применяться там, где мы делаем выбор в пользу другого отношения.’
Гейзенберг также обсуждает проблемы, стоящие на таком пути; я приведу только две цитаты из конца этого обсуждения. Вначале Гейзенберг приводит возможное возражение его классификации:
‘Против того плана классификации, который обнаруживается в этих предварительных замечаниях, можно было бы возразить, что речь здесь идет, собственно говоря, не об областях, а о конкретных идеализациях действительности. Например, можно сказать, что классическая физика представляет собой такую идеализацию, при которой мы можем совсем абстрагироваться от того метода познания, который информирует нас о действительности. Таким образом, все выглядит так, будто выбранный нами путь приведет к упорядочиванию не самой действительности, а нашего понимания действительности или знания о ней.’
В данном случае Гейзенберг подчеркивает невозможность рассуждений о действительности ‘в себе’ и подчеркивает особую роль языка:
‘В итоге нам следует всегда отдавать себе отчет в том, что действительность, о которой мы можем рассуждать, никогда не является действительностью «в-себе», но действительностью познанной или даже зачастую нами сформированной. Если против этой последней формулировки возразят, что, в конце концов, существует объективный мир, который полностью не зависит от нашего мышления, живет или может жить без всякого нашего участия и который мы, вообще-то, и подразумеваем во время исследования, то на этот столь убедительный довод следует ответить, что уже само слово «существует» берет свое начало в человеческом языке, а следовательно, не может означать нечто, что было бы вовсе не связано с нашей познавательной способностью. Для нас «существует» как раз только тот мир, в котором понятие существования имеет смысл.’
Отмечу, что сказанное относится к повседневной жизни, а не к теории виртуального мира. См. на эту тему цитаты из книги Гейзенберга ‘Физика и философия‘: Вернер Гейзенберг: Обыденный опыт и практический реализм.
Таким образом, Гейзенберг начинает с классической физики (механика плюс электричество и магнетизм), поскольку именно на этом уровне удается достичь наиболее полной объективации научных понятий. Так, после рассмотрения массы, местоположения, времени и силы Гейзенберг говорит:
‘Таким образом, с одной стороны, механику можно назвать некой особо ограниченной формой описания природы, поскольку она рассматривает природные процессы при условии, что они могут быть полностью объективированы. С другой стороны, ее можно считать обширнейшей природной закономерностью, которая проявляет себя везде, где дело касается материи.’
Как я уже упоминал, мой исходный интерес вызвал переход к рассмотрению вероятности в физике при рассмотрении уровня Химия. По всей видимости Гейзенберг не считал возможным полностью объективировать распределение вероятности, которое вводят ученые; Гейзенберг характеризует его как ‘мера понимания’. Важно обратить внимание на аналогию сравнение вероятностей в квантовой механике с вероятностями при рассмотрении температуры:
‘В свою очередь, не существует простого механического описания понятия температуры. Как выяснилось, температура, скорее, является не механическим свойством системы, а высказыванием о степени нашего знания об этой системе. Если нам известна температура тела, то мы вместе с тем знаем, что оно есть в какой-то степени произвольно выхваченный экземпляр из огромной совокупности похожих тел, причем температура содержит высказывание о распределении в этой совокупности (так называемой «канонической совокупности»). Итак, температура не принадлежит системе как таковой, но обозначает наше понимание этой системы. В этом моменте атомистическое учение о теплоте коренным образом отличается от классической физики, и то обстоятельство, что здесь наше понимание системы впервые становится физическим свойством, дает нам повод приписать атомистическое учение о теплоте следующей области действительности, где события больше не могут непосредственно отображаться в пространстве и времени как объективный процесс.’
‘Опыт исследования теплоты прошлого десятилетия ставит нас в следующее своеобразное положение. С одной стороны, мы можем принять теплоту и температуру как новые объективные свойства материи и изучить их закономерности. Впрочем, тогда мы откажемся от связи между теплотой и атомарным движением, которая все же непосредственно распознается во многих явлениях. Или же движения атомов можно идеализировать в смысле классической физики, и в этом случае речь, по-видимому, вновь будет идти об объективных процессах в пространстве и времени. Наконец, из всех опытов можно сделать вывод о том, что понятия «теплота» и «температура» должны иметь какое-то значение для механического движения атомов. Тогда, хотя понятие количества теплоты можно объективировать, температура, однако, выскажет нечто о вероятном состоянии атомарной системы, то есть о нашем понимании системы.’
‘Законы квантовой теории имеют примерно следующую форму: «состояние» атомарной системы может быть описано с помощью конкретных «величин состояния» или «функций состояния». Эти величины, однако, не отображают непосредственно какой-либо процесс или ситуацию в пространстве и времени, как это происходит в классической механике. Это не просто координаты и скорости частиц, характеризующие какое-либо состояние. Эти величины определенным образом родственны понятию температуры, поскольку они в общем и целом лишь дают нам справку о том, с какой вероятностью можно ожидать у элементарных частиц конкретные значения координат и скоростей, если предпринять наблюдение этих величин.’
Взгляд Гейзенберга является хорошим подтверждением высказыванию Браша, приведенному в начале заметки. Гейзенберг по всей видимости изучал термодинамику в рамках статистической механики и тем самым использование вероятностей в квантовой механике для него явилось естественным продолжением линии, связанной с ансамблями Гиббса (каноническая совокупность выше).
Информация
Вернер Гейзенберг, Порядок действительности, 2023. Часть II.
См. также описание трактата в статье Визгина: Вернер Гейзенберг: Порядок действительности
Steven Brush, The Kind of Motion We Call Heat, 1976, vol. 1, Chapter 1, The Kinetic Theory in the History of Physics.