Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Введение
Ибо невидимое Его, вечная сила Его и Божество, от создания мира через рассматривание творений видимы, так что они безответны. (Рим. 1:20)
На протяжении веков научные познания о мире наряду с религиозными верованиями формировали мировоззрение целых народов. Это мировоззрение включало способ мышления и познания окружающего мира и отношение к нему. Познание окружающего мира, убеждало человека в существовании абсолютных, вневременных и внепространственных категорий, которыми управляется мир. Это давало возможность человеку осознавать непосредственное присутствие Бога в мире. Однако со временем деятельность человеческого разума выделилась в особую область, называемую наукой. Её бурное развитие, начавшееся в эпоху Просвещения, дало свои плоды. В XVIII веке образованные люди могли аргументировать небытие Бога, ссылаясь на научные достижения. Бог представлялся существующим только в сердцах простых людей.
Однако революционные научные открытия, совершенные в XX веке, позволили пересмотреть мировоззренческую концепцию, выстроенную наукой предшествовавшего периода. Эти открытия утверждали тварность и конечность мира, существование лежащих вне материального бытия абсолютных законов и целостность мира, не допускающую дифференцированного рассмотрения.
Задачей данной дипломной работы является рассмотрение космологического и телеологического аргументов бытия Бога. Предметом рассмотрения является научная картина мира, сформировавшаяся благодаря достижениям человеческой мысли в области естествознания. Главные позиции, на наш взгляд, здесь занимает теоретическая физика. Она занимается изучением как структуры бытия тварного мира (квантовая механика), так и его эволюцией в масштабах истории Вселенной (научная космология). Особое внимание будет уделено синергетике, как новому направлению в области неравновесных хаотических систем и антропному космологическому принципу. Нами сделана попытка кратко изложить историю формирования научных представлений в теоретической физике.
Первая часть дипломной работы посвящена научной космологии. Изложение современных научных данных показывает конечность нашего тварного мира, уникальность и точность законов его развития и формирования. Особо рассматривается вопрос творения «из ничего», его богословское и научное понимание. В конце части излагается православное учение по данному вопросу.
Во второй части рассматриваются основные положения квантовой механики. Особое внимание мы уделили метафизическим интерпретациям свойств волновой функции и осмыслению характеристик квантового мира с точки зрения православного мировоззрения.
В третьей части излагаются основные положения синергетики, рассматриваются вопросы самоорганизации материи.
В четвертой части проводится аргументация положений антропного принципа; показана концепция вневременного Наблюдателя, как фактора, определяющего направленную эволюцию Вселенной.
В ходе работы нами использованы интерпретации научных открытий, предложенные такими учеными-теоретиками как Нильс Бор, Дэвид Бом, Эрвин Шрёдингер, Вернер Гейзенберг, Илья Пригожин и др. Поскольку эти интерпретации требуют метафизического осмысления, то они всегда отражают мировоззрение своих авторов. Чтобы сравнить картину мира, предлагаемую учёными, с православным миропониманием, мы обратились к трудам святителя Василия Великого, преподобного Иоанна Дамаскина, протоиерея Василия Зеньковского, В.Н. Лосского, Э.А. Тайнова, В.Г. Кречета и протоиерея Кирилла Копейкина.
В связи с тем, что выше указанные темы практически не освещены в общедоступной православной литературе, осмысление их, предложенное в дипломной работе, сможет заинтересовать людей, стоящих на позиции диалога между религией и наукой. Надеемся, что воспользоваться материалами дипломной работы смогут и люди, не имеющие специального физического образования.
1. Современная научная космология
Умоляю тебя, дитя мое, посмотри на небо и землю и, видя все, что на них, познай, что все сотворил Бог из ничего и что так произошел и род человеческий. (Мак. 7:28)
Космологией называется наука о творении и развитии Вселенной. Представления о мире как развивающемся целом начали складываться ещё в античности. Платон учил, что мир сотворён Творцом (Демиургом) и является несовершенным отражением сферы совершенных вечных форм. Аристотель разделил мир на надлунный и подлунный, приписывая каждому из них свойства, соответствующие зрительному восприятию.
Постепенно человеческий разум раздвигал горизонты Вселенной. Птолемей, объединив философию Аристотеля и христианское мировоззрение, предложил модель вселенной, в которой Земля является центром, а вокруг неё движутся по своим сферам все известные в то время космические тела.
К XVI веку система Птолемея давала значительные погрешности в вычислении движения планет, что требовало введения громоздких, ничем не обоснованных поправок. В качестве альтернативы Николай Коперник предложил модель мира, в которой все планеты вращались по круговым орбитам вокруг Солнца, что по сравнению с моделью Птолемея давало большую точность в вычислении.
Затем Иоанн Кеплер, для повышения точности расчётов, предположил, что планеты движутся не по круговым, а по эллиптическим орбитам. Наконец, революционные открытия в области космологии последовали в начале XX столетия благодаря трудам швейцарского физика Альберта Эйнштейна.
1.1 Основы современной космологии
Возникновение современной космологии связано с созданием общей теории относительности (ОТО) Эйнштейном в 1916 г. Из уравнений ОТО следует кривизна пространства-времени и связь кривизны с плотностью массы (энергии).
Применив общую теорию относительности к Вселенной в целом, Эйнштейн обнаружил, что такого решения уравнений, которому бы соответствовала не меняющаяся во времени Вселенная не существует. Однако Эйнштейн представлял себе Вселенную как стационарную. Поэтому он ввёл в полученные уравнения дополнительное слагаемое, обеспечивающее стационарность Вселенной.
В 1922 г. советский математик А. Фридман впервые решил уравнения общей относительности применительно ко всей Вселенной, не накладывая условия стационарности. Он показал, что Вселенная, заполненная тяготеющим веществом должна расширяться или сжиматься. Полученные Фридманом уравнения лежат в основе современной космологии.
1.2 Открытие Хаббла
В 1929 году американский астроном Эдвин Хаббл опубликовал статью «Связь между расстоянием и лучевой скоростью внегалактических туманностей», в которой изложил эпохальное открытие: «во всех частях неба все далекие галактики удаляются от нас», причём скорость разлёта галактики пропорциональна её удалённости, т.е. чем дальше галактика, тем больше скорость её удаления. Хаббл получил такой вывод на основании экспериментальных данных: красного смещения излучения галактик, а коэффициент пропорциональности между скоростью галактики и её удаленностью получил название постоянной Хаббла.
Открытие Хабблом эффекта красного смещения в излучении галактик и их разбегания лежит в основе концепции расширяющейся Вселенной.
Согласно современным научным данным Вселенная расширяется, но центр расширения отсутствует: из любой точки Вселенной картина расширения будет представляться той же самой, а именно: все галактики будут иметь красное смещение, пропорциональное расстоянию до них. Само пространство как бы раздувается.
Если на воздушном шаре нарисовать галактики и начать его надувать, то расстояния между ними будут возрастать тем быстрее, чем дальше они расположены друг от друга. Разница лишь в том, что нарисованные галактики на шаре сами увеличиваются в размерах, реальные же звёздные системы повсюду во Вселенной сохраняют свой объем вследствие действия сил гравитации. По измеренным значениям скорости разлёта и постоянной Хаббла можно определить и время этого разлёта, т.е. возраст Вселенной, который составляет 10 - 15 млрд. лет. Таким образом, открытие Хаббла перевело вопрос о том, как возникла Вселенная в область компетенции науки.
1.3 Модель горячей Вселенной
В 1946 г. в США русским учёным-эмигрантом Георгием Гамовым была предложена концепция «горячей Вселенной», согласно которой сразу после «Большого взрыва» излучение доминировало над веществом вследствие разной скорости изменения плотностей излучения (~R-4) и вещества (~R-3). Теоретические расчёты показывают, что вещество стало преобладать над излучением через время, приблизительно равное 106 лет.
Модель горячей Вселенной получила своё экспериментальное подтверждение в 1965 г. при открытии реликтового излучения американскими учёными Арно Пензиасом и Робертом Херманом. Последние научные данные утверждают, что изотропия излучения очень высока, а его температура в настоящее время составляет 2,726 ˚К.
Согласно модели Гамова плазма и электромагнитное излучение на ранних стадиях расширения Вселенной характеризовались высокой плотностью и температурой. В ходе космологического расширения температура падала. При достижении температуры около 4000˚К произошла рекомбинация протонов и электронов, после чего равновесие образовавшегося вещества (гелия и водорода) с излучением нарушилось - кванты излучения уже не обладали необходимой для ионизации вещества энергией и проходили через него как через прозрачную среду. Температура обособившегося излучения продолжала снижаться и к нашей эпохе составила 2,7˚К. Таким образом, это излучение сохранилось до наших дней как реликт от эпохи рекомбинации и образования нейтральных атомов водорода и гелия. Оно осталось как эхо бурного рождения Вселенной, которое называют Большим взрывом.
1.4 Модели Вселенной
Основным постулатом классической научной космологии является то, что эволюция Вселенной определяется гравитационными силами. А. Фридман дополнительно к нему постулировал начальные и граничные условия: «Вселенная во время своей эволюции всегда однородна и изотропна». Эти постулаты подтверждаются многочисленными наблюдениями.
В теории однородной и изотропной Вселенной оказываются возможным две модели Вселенной:
. Модель первого типа. Вселенная неограниченно расширяется, вследствие чего при бесконечном расширении по прошествии многих миллиардов лет ожидается исчезновение всякой структуры Вселенной, и, как следствие, - тепловая смерть. Исчезновение структуры Вселенной описывается как затухание всех малых звёзд через 1012 лет, по прошествии ещё большего периода времени гравитационное коллапсирование центральных областей галактик в черные дыры, затем распад протонов и всех элементов, и, наконец, «испарение» чёрных дыр через излучение.
. Модель второго типа. Эта модель предсказывает, что расширение Вселенной через 100 млрд. лет сменится сжатием, которое соответствует её деградации. При сжатии температура Вселенной начнёт расти, а при сокращении её размеров до 0,01 современной величины фон излучения ночью станет таким же, как днём. При дальнейшем сжатии после 700 000 лет космическая температура достигнет 10 000 000 градусов, а звёзды и планеты начнут превращаться в космическую плазму, состоящую из ядер, электронов и излучения. Вся материя Вселенной превратится в огненный шар и исчезнет вместе с пространством и временем при «Большом схлопывании» при сингулярности.
К какому типу относится реальная Вселенная, зависит от средней плотности материи ρ. Если ρ меньше некоторого критического значения ρк, то Вселенной соответствует модель 1 типа. Если ρ больше ρк, то расширение Вселенной сменится сжатием. Оценка реальной плотности материи очень трудна, т.к. в неё входят все виды вещества и излучения. Современные данные свидетельствуют скорее о вечном расширении. Эта неопределённость никак не сказывается на общем характере прошлого и современного расширения, а влияет лишь на определение возраста Вселенной.
1.5 История ранней Вселенной
Изложенная выше модель горячей Вселенной построена на общих законах физики, надёжно проверенных при атомных плотностях. Это позволяет «заглянуть» в историю до момента не ранее 1*10-4с от начала расширения. До момента рекомбинации, наступившего примерно через 1 млн. лет, Вселенная была непрозрачной для квантов света. Поэтому с помощью электромагнитного излучения нельзя заглянуть в эпоху, предшествующую рекомбинации. Это делается с помощью теоретических моделей.
В последние десятилетия развитие космологии и теории элементарных частиц позволило теоретически рассмотреть самую раннюю сверхплотную, т.н. инфляционную стадию расширения Вселенной, которая завершилась к моменту t=1*10-36 с. На данной стадии Вселенная расширялась с ускорением, а энергия в единице объёма оставалась постоянной.
Рассмотрим, как наука представляет историю Вселенной на ранних этапах. В начале расширения Вселенной её температура была так высока, что энергии фотонов хватало для рождения всех известных пар частиц-античастиц. При Т=1*1013 ˚К во Вселенной рождались и аннигилировали пары различных частиц и их античастиц. При Т=0,5*1013 ˚К практически все протоны и нейтроны аннигилировали, а остались только те, которым «не хватило» античастиц. Фотоны, энергия которых уменьшилась, уже не могли создавать частицы и античастицы. Реликтовый фон показал, что избыток частиц над античастицами составлял всего лишь 1*10-9 от общего числа частиц. Именно из этих «избыточных» частиц и состоит вещество наблюдаемой Вселенной. Через несколько секунд после начала расширения началась эпоха, когда образовались ядра дейтерия, гелия, лития и бериллия - эпоха первичного нуклеосинтеза. Она продолжалась около 3 минут, и в результате образовались ядра гелия. «Космологический нуклеосинтез практически заканчивается на He4; элементы со средними и большими атомными весами образуются в звёздах».
После эпохи нуклеосинтеза (до 3 минут) до эпохи рекомбинации происходило спокойное расширение и остывание Вселенной.
Такой представляется история Вселенной на временной оси.
|
1040 - Лептонная пустыня |
|
|
1038 - Распад протонов и нейтронов на лептоны |
|
|
1018 - Смерть Солнца |
|
|
Стандартное расширение. |
1016 - Образование Галактик |
|
1012 - Образование атомов, отделение света от вещества |
|
|
102 - Образование ядер гелия |
|
|
10-5 - Образование барионов и мезонов из кварков |
|
|
10-10 - Отделение слабого взаимодействия |
|
|
10-35 - Появление кварков и антикварков, возникновение барионной ассиметрии |
|
|
Инфляционное расширение |
10-40 - Отделение сильного взаимодействия |
|
10-43 - Отделение гравитационного взаимодействия от единого |
|
|
0 - Большой взрыв |
1.6 Сингулярность
Уравнения современной космологии позволяют найти закон расширения однородной и изотропной Вселенной и описать изменение её физических параметров в процессе расширения. Однако теория, однозначно определяющая поведение Вселенной на начальной стадии, не выработана.
В модели изотропной Вселенной выделяется особое начальное состояние - сингулярность. Это состояние характеризуется огромной плотностью материи и кривизной пространства. С сингулярности начинается взрывное, замедляющееся со временем расширение. В этом состоянии нарушаются классические законы физики, что заставляет физиков искать непротиворечивые модели, о которых будет сказано ниже.
Картина вблизи сингулярности следующая. В условиях высокой температуры вблизи сингулярности не могли существовать не только молекулы и атомы, но и даже атомные ядра; существовала лишь равновесная смесь различных элементарных частиц.
1.7 Квантовая теория гравитации
Как уже указывалось выше, сингулярность является «камнем преткновения» для классических законов механики, термодинамики и гравитации. Они теряют свой физический смысл в точке сингулярности. Особое положение в связи с этим занимает квантовая механика. Как известно, она полностью абстрагирована от таких понятий как координата и скорость и может успешно описывать поведение объектов через энергетические характеристики: массу и энергию. Поэтому многие учёные надеются получить непротиворечивое описание ранней стадии эволюции Вселенной с помощью теории квантовой гравитации. «Наука пока не располагает полной и согласованной теорией, объединяющей квантовую механику и гравитацию, - пишет в одной из своих работ Стивен Хокинг, - но возможность описания процессов лишь только с помощью квантовой механики приводит к революционным выводам»:
. В связи с тем, что состояние Вселенной описывается лишь только её квантово-механическими характеристиками, а оно имеет вероятностный характер, то полностью отпадает такая характеристика нашего бытия, как время.
. Для квантово-механического состояния характерно то, что прошедшее не является причиной настоящего, а настоящее не является причиной будущего в строгом смысле этого слова. Следовательно, можно сказать, что «даже если бы перед Большим взрывом происходили какие-нибудь события, по ним нельзя было бы спрогнозировать будущее, т.к. в точке сингулярности детерминированность событий равна нулю из-за квантово-механических процессов».
Причина мира, как мы видим, по-прежнему является для науки вопросом открытым.
1.8 Альтернативные модели Вселенной
Состояние сингулярности, с которого начиналась история Вселенной, может являться весомым аргументом в пользу творения мира. Наука в настоящее время не способна дать ответ на вопрос о том, что было в момент большого взрыва, или даже чуть раньше. «Белые пятна» в этой области теоретической физики, вынуждают ученых разрабатывать различные модели Вселенной, в которых сингулярность не является препятствием для классических законов физики. Ниже мы рассмотрим наиболее значительные из них.
Модель Германа Бонди и Томаса Голда
В 1948 г. Герман Бонди и Томас Голд предложили модель стационарной Вселенной. В её основе лежит идеальный космологический принцип: «не существует не только привилегированного места во Вселенной, но и привилегированного момента времени». Поэтому в любое время во всех точках пространства усредненные температура и плотность Вселенной будут иметь одни и те же значения. Такая Вселенная характеризуется экспоненциальным расширением, компенсируемым перманентным рождением вещества. «Синхронность расширения Вселенной и рождения вещества поддерживает постоянство плотности материи-энергии и тем самым приводит к представлению вечной Вселенной, находящейся в состоянии непрерывного рождения вещества».
Модификация теории относительности действительно «позволяет» 1 км3 Вселенной за 1 год творить одну частицу. Это не противоречит экспериментальным данным, но, как замечает Хокинг, такой «производительности» катастрофически мало для "творения" новых галактик. В связи с тем, что между расширением Вселенной и рождением вещества отсутствует «тонкая связь», данная гипотеза является спорной.
Модель Алана Гута
Позднее американский физик Алан Гут предложил модель, в которой Вселенная имела температуру ниже критической для Большого взрыва без нарушения симметрии сил. Это состояние можно сравнить с переохлаждённой водой, когда она при охлаждении определённым образом, не замерзает и при отрицательной температуре. Вселенная в таком состоянии нестабильна и имеет дополнительную энергию, антигравитационное действие которой аналогично действию λ-члена в уравнении стационарной Вселенной. Согласно этой модели, даже в местах, где Вселенная была слишком плотной, взаимное притяжение её частей было слабее отталкивания, что повлияло на характер расширения Вселенной. Все неоднородности при этом могли просто сгладиться, как сглаживаются морщины при раздувании резинового шарика. Гут пришёл к следующему выводу: «Нынешнее гладкое однородное состояние могло развиться из большого числа неоднородностей». Стивен Хокинг не согласен с выводом Гута: «Вселенная расширялась так быстро, что предложенная модель фазового перехода не смогла бы существовать без нарушения симметрии сил». Более того, изотропность реликтового фона свидетельствует о том, что в «…прошлом Вселенная была ещё более однородна».
Модель Линде
В 1983 г. известный космолог Андрей Линде предложил хаотическую модель раздувания. Согласно этой модели Вселенная эволюционировала без фазового перехода и переохлаждения, но под воздействием бесспинового поля. Квантовые флуктуации этого поля в некоторых областях ранней Вселенной возрастали, в результате частицы начали расталкиваться. Энергия поля стала медленно уменьшаться, пока раздувание не перешло в такое же расширение, как в модели «горячей Вселенной». «Одна из областей, - отмечает Линде, - может превратиться в наблюдаемую нами Вселенную». Модель Линде показала, что «современное состояние Вселенной могло возникнуть из большого числа начальных конфигураций, но не из всякого начального состояния могла появиться такая Вселенная как наша».
Модель раздувания оставляет вопрос о начальных условиях возникновения Вселенной открытым.
Модель Хокинга
Стивен Хокинг стоит особо в ряду физиков-теоретиков. Главным для него является найти подходящую непротиворечивую математическую модель мира. Поэтому он сильно увлёчен введением математических переменных, функций, которые не являются отражением реальности, а лишь служат для упрощения математического аппарата поставленной им теории. Для упрощения математического аппарата им могут быть использованы переход из одной системы координат в другую и неподкреплённая никакими реальными физическими процессами замена действительного времени мнимым.
Хокинг считает, что сингулярность лишает модель Большого взрыва предсказательной силы, т.к. в момент сингулярности нарушаются законы физики и «...из Большого взрыва могло появиться что угодно». Поскольку квантовая теория утверждает, что «может произойти всё, что угодно, если только это не запрещено абсолютно», то Хокинг привлекает во всей полноте математический аппарат и методы квантовой теории. Он вводит понятие волновой функции Вселенной. Необходимость интегрирования требует введения особых граничных условий. Хокинг их вводит: «Граничное условие для Вселенной в том, что у неё нет границ». В его модели Вселенная не имеет границ и замкнута. Хокинг приводит следующий пример: если мы пойдём вдоль экватора, то вернёмся в ту же точку, не достигнув края (границы) Земли, и никто не будет спорить, что Земля ограничена. Хокинг считает, что «предположение об отсутствии границ может объяснить всю структуру Вселенной, включая маленькие неоднородности вроде нас самих».
Вселенная Хокинга не испытывает никаких сингулярностей. Более того, «положение об отсутствии границ превращает космологию в науку, поскольку позволяет предсказать результат любого эксперимента». В этой модели Вселенная рождается из ничего в буквальном смысле, и для этого не требуется существования вакуума.
Хокинг отмечает, что даже если «квантовая теория восстанавливает предсказуемость, потерянную классической теорией, она это делает не полностью». Для Хокинга важно, не то, что его теория не отражает реальность, а то, что эта теория имеет предсказательную силу: «Я не требую, чтобы теория соответствовала реальности, поскольку я не знаю, как она устроена. Реальность не является величиной, которую можно проверить с помощью лакмусовой бумажки. Всё это я связываю с тем, что теория должна предсказывать результаты измерений».
Однако сам Хокинг соглашается, что его квантовая модель «не описывает Вселенную, в которой мы живём, которая заполнена материей...», и для построения более «реалистической модели» опускает ранее привлекавшийся для объяснения космологический член и «включает» поля материи: «…похоже, что нужно иметь во Вселенной скалярное поле j с потенциалом V(j)», которое лишь при определённых условиях эквивалентно космологическому члену.
На наш взгляд, модель Хокинга является отражением мировоззрения автора. Для того, чтобы получить спонтанное, хаотичное рождение Вселенной, Хокинг накладывает на Вселенную условие отсутствия границ. Его Вселенная не нуждается в Творце, не нуждается во внешней причине, она существует только потому, что она не может не быть в силу собственной необходимости.
Илья Пригожин считает, что введение Хокингом мнимого времени вместо реального искажает картину реальности: «Предложение Хокинга (о мнимом времени - В.Р.) выходит за рамки теории относительности, но в действительности представляет собой ещё одну попытку отрицать реальность времени, описывая нашу Вселенную как статичную геометрическую структуру…».
Мы считаем, что безупречное применение математического аппарата может подтвердить любую теорию и какую угодно модель, однако мир, наделённый характеристиками вечного бытия, не может отражать ту реальность, в которой мы живём.
Космологическая модель Пригожина
Лауреат Нобелевской премии за достижения в области неравновесных процессов Илья Пригожин предложил свое понимание происхождения Вселенной. Он считает, что Вселенная возникла из «квантового вакуума» вследствие необратимого фазового перехода. Он утверждает, что Вселенная начала быть во времени, т.е. время вечно, а мир, наша Вселенная существует определённое время. Модель сотворения мира «из ничего» названа им «бесплатным завтраком», и является несостоятельной, поскольку «...вакуум уже наделен универсальными постоянными». Поэтому в его модели Вселенная возникает, формируется из чего-то прежде существующего. Творение мира Пригожин называет актом, трансцендентным по отношению к физической реальности.
Само возникновение видимого мира Пригожин связывает не с сингулярностью, а с неустойчивостью квантового вакуума. «Большой взрыв, - считает он, - необратимый процесс». Пригожин считает, «что от Правселенной, которую мы называем квантовым вакуумом, должен был произойти фазовый переход…».
По мнению Пригожина, «Вселенные возникают там, где амплитуды гравитационного поля и поля материи имеют большие значения».
В заключение краткого обзора концепций ученых необходимо отметить, что любое рассуждение о физическом состоянии Вселенной есть лишь плод интеллекта. Здесь наука подходит «...к краю положительного знания в опасной близости к научной фантастике», поскольку невозможно экспериментальное подтверждение теории. Поэтому построение учёным теоретической модели Вселенной всегда является отражением его мировоззрения.
1.9 Творение Вселенной «из ничего»
Современная теоретическая физика не знает законов, описывающих самозарождение Вселенной, поэтому в научной литературе употребляется термин «творение из ничего».
Согласно теории относительности энергия тела зависит от его массы. Даже если тело покоится, его энергия в этом состоянии, согласно уравнению Эйнштейна, определяется массой покоя:
.
Известно, что материя во Вселенной обладает положительной энергией. Всё вещество притягивает себя силами гравитации. Два близко расположенных тела обладают энергией, меньшей, чем каждое из них в отдельности, так как часть энергии уходит на гравитационное взаимодействие. Это явление называется дефектом масс.
Оно наблюдается как в микромире (энергия атомного ядра определяется суммой энергий элементарных частиц, за вычетом энергии связи), так и в мегамире (масса системы звёзд всегда меньше суммы отдельно взятых звёзд из-за того, что часть массы тел компенсируется энергией гравитационного взаимодействия).
Существование Вселенной с нулевой массой можно пояснить с помощью следующего примера. Если взять однородный шар с определённой плотностью и уменьшать его объём, то при определённом радиусе шара силы гравитационного притяжения полностью «скомпенсируют» его начальную массу. Поэтому ОТО допускает существование Вселенной с нулевой массой-энергией. В случае с примерно однородной в пространстве Вселенной «отрицательная энергия гравитации в точности компенсирует положительную энергию вещества», выраженную в массе покоя. Поэтому «новорождённая» Вселенная имела практически нулевую массу покоя и нулевую энергию. Таким образом, даже согласно законам теоретической физики творение Вселенной «из ничего» не противоречит одному из основополагающих законов материального мира - закону сохранения энергии.
1.10 Заключения из современной научной космологии
Теперь кратко перечислим основные положения современной научной космологии и проанализируем их.
. Современная научная космология в корне подорвала классическое представление об окружающем мире как вечном и неизменяемом основании бытия. Согласно научным концепциям мир подвержен эволюционному изменению. Пространство и время, по словам У. Стоугера, «не являются абсолютными, их нельзя рассматривать отдельно от массы-энергии, которой они обладают». Для православного сознания отрицание вечности мира является весомым аргументом в пользу сотворения его Богом: «В начале Бог сотворил небо и землю» (Быт.1.1).
. «Большой взрыв» - космологическое событие, тесно связанное с началом нашего мира. «Сейчас большинство космологов едины во мнении, - пишет в своей статье В.Г. Кречет, - что рождение Вселенной было квантовым процессом - Вселенная произошла в результате квантового перехода из потенциальной возможности в реальность ("Совершила скачок из Ничего во Время")». Акт рождения Вселенной признаётся единственным и неповторимым ни в одной лаборатории мира.
. Мир, Вселенная начинает быть практически «из ничего». Это «ничего» ученые строго отделяют от того, что «родилось» потом.
«Творение» Вселенной «из ничего», не нарушающее законы сохранения энергии, признаётся современными физиками как неоспоримый аспект научной космологии. Однако важно отметить, что научное «из ничего» в действительности всегда есть «нéчто», в то время как богословие утверждает, что «ничто» есть полное отсутствие бытия. Например, при ионизации вакуума могут возникать пáры частица-античастица, но вакуум уже сам имеет определённое бытие, которое представляется физиками в высшей степени полным. «Что касается "создания из ничего" и вопроса о временном начале, - пишет У. Стоугер, - современная космология и физическая наука…, вероятно, никогда не придут самостоятельно к изучению этих вопросов на основании лишь космологии, ... они недостаточно компетентны, чтобы заполнить гигантский пробел между абсолютным небытием (исключая Бога) и чем-то сотворенным». Поэтому если и существует абсолютное ничто, то наука не будет способна сказать что-либо о нём, поскольку оно не может быть измерено.
. На начальной стадии развития Вселенной излучение превалировало над веществом, чему есть экспериментальное подтверждение. Обнаруженный электромагнитный фон реликтового излучения свидетельствует о строгой упорядоченности и однородности Вселенной на ранних стадиях развития. Этот фон является бесспорным фактом того события, о котором в Библии сказано: «Да будет свет!» (Быт. 1.2.). Проникнуть в историю дальше момента разделения света от вещества и подтвердить теорию экспериментально для науки не представляется возможным.
. Квантово-механические процессы, происходящие на самых ранних стадиях развития Вселенной, свидетельствуют об отсутствии причинно-следственных связей. Для такого состояния неприменимы понятия «до» и «после», «ранее» и позже». Этот момент можно соотнести с попыткой ответить на вопрос о том, что «было, когда времени не было». Отсутствие строгой причинности свидетельствует о том, что события, предшествовавшие «Большому взрыву», не являются причиной бытия нашего мира. Поэтому причина мира остаётся лишь за пределами тварного бытия.
Размышляя о возможной первопричине мира, проф. М.Рьюз пишет: «Понятие о таковой причине возвращает нас, по сути дела, к признанию Высшей силы того или иного рода, которую вполне можно именовать Богом… Вообще же, предположение, что за покровом наличного бытия вселенной, за её организацией должен скрываться некий Разум, начинает казаться в наши дни всё более правдоподобным».
Даже в лице такого атеистически настроенного физика как Стивен Хокинг, современные ученые признают, что «большинство учёных пришло к убеждению, что Бог позволяет Вселенной развиваться в соответствии с определённой системой законов, и не вмешивается в её развитие, и не нарушает эти законы…, но законы ничего нам не говорят о том, как Вселенная выглядела, когда возникла, - завести часы и выбрать начало, всё-таки могло быть делом Бога».
1.11 Православное богословие о творении мира
Православное богословие черпает понимание происхождения Вселенной из Священного Писания, которое является для христиан непререкаемым авторитетом. Слово Божие было дано людям в ту эпоху, когда научное знание как таковое не существовало. Оно дано людям независимо от уровня их образованности на все времена. «Чтобы соответствовать любой эпохе, - пишет протоиерей Михаил Захаров, - язык Библии должен быть аллегоричен, а её тексты должны толковаться в зависимости от уровня знаний конкретной исторической эпохи».
Наука и Библия описывают один и тот же объект - видимую нами природу. Библейское сказание авторитетно и неизменно, труд ученых, напротив, состоит в раскрытии картины мира через термины и понятия на основе постоянно развивающегося научного опыта. Подобный труд, но на основании библейского повествования, предпринимают и богословы: «Ибо невидимое Его, вечная сила Его и Божество, от создания мира через рассматривание творений видимы» (Рим. 1:20). Ниже мы рассмотрим основные положения святоотеческой космологии, которые могут быть соотнесены с соответствующими положениями научной космологии.
. Бог - творец мира, как видимого, так и невидимого. «Для мира Бог есть начало, - пишет святитель Григорий Нисский, - предел, источник существования и цель всех стремлений». Всемогущество Бога в акте творения для верующего человека не вызывает никакого сомнения: «Создатель, имея творческую силу, достаточную не для одного только мира, но в бесконечное число крат превосходнейшую, все величие видимого мира привёл в бытие одним мановением воли».
. Поскольку мир сотворен Богом, он, следовательно, не вечен, и имеет начало. Протоиерей Василий Зеньковский замечает, что тварность мира - «это есть утверждение, что мир не имеет корней в самом себе, что мир возник благодаря некоей надмирной силе». Идея тварности заставляет рассматривать соотношение двух реальностей - Бога и мира. Эта идея впервые была выражена в Ветхом Завете: «Посмотри на небо и землю, и, видя всё, что на них, познай, что всё сотворил Бог из ничего» (2Мак. 7,28).
. Бог создал мир из ничего. Бог, не нуждаясь для создания мира в исходном материале, творит мир не только по форме, но и по веществу. «Он (Бог) помыслил и том, каким должен быть мир, и произвёл материю, соответствующую форме мира», - пишет святитель Василий Великий.
Для изложения этого догмата христианства нужно сделать вводные замечания. Утверждение, что Бог - есть абсолютное, совершенное, полное бытие, не вызывает ни у кого возражений. Если мир, как и Бог, вечен, то он также абсолютен и имеет основания в самом себе. Тогда и Бог, и мир абсолютны, а последний является для нас выражением Бога, Его абсолютной сущности. Предупреждая научные открытия XX в. об относительности пространства и времени, а, следовательно, и всего мира в целом, христианские философы на основании Божественного Откровения утверждали, что Бог и мир по сущности различны. Преподобный Иоанн Дамаскин писал, что мир бесконечно отстоит от Бога не местом, а природой. Различие по сущности означает абсолютность Одного - (Бога), обусловленность другого (мира).
В.Н. Лосский, подтверждая онтологический дуализм Бога и мира, писал, что «творение "из ничего" как раз и означает акт, производящий нечто вне Бога, сотворение сюжета абсолютно нового, не обоснованного ни божественной природой, ни какой-либо материей, ни возможностью какого-либо бытия вне Бога». Таким образом, православное богословие видит бытие мира обусловленным бытием Бога.
. Мир создан цельным, прекрасным, гармоничным. В конце каждого дня творения Господь оглядывал созданное и видел, «что оно хорошо». (Быт 1.25). Удивляясь красоте мира, святитель Григорий Нисский писал: «Мир есть целое, стройное и согласное», а святитель Василий Великий, подчёркивая особую любовь и согласие мира, отмечал: «Мир есть целое при всей разнородности своего состава, ибо связан от Бога неким неразрывным союзом любви в единое общение и в одну гармонию». Красота и гармония мира определяются причастностью творческому акту Бога: «Бог не только причина мира, но и его художник». Целостность и гармоничность мира являются основанием его познаваемости для человеческого разума и причиной всякого научного знания.
. Мир существует согласно установленным Богом законам. Совокупность законов, определяющих бытие мира, мы можем назвать божественным замыслом о мире. Этот божественный замысел не мог возникнуть в Боге внезапно, он существовал ещё до бытия мира, т.е. вне времени, в вечности: «Ведомы Богу от вечности все дела Его» (Деян.15,18). Православие утверждает, что мир был создан Богом посредством божественных идей. Вот как говорит об этом святитель Василий Великий: «Было нечто, как вероятно, и прежде сего мира.... Еще ранее бытия мира было некоторое состояние, приличное премирным силам, превысшее времени, вечное, приснопродолжающееся. В нем-то Творец и Зиждитель всяческих совершил создания - мысленный свет, приличный блаженству любящих Господа, разумные и невидимые природы (выделено нами - В.Р.) и все украшение умосозерцаемых тварей, превосходящих наше разумение, так что нельзя изобрести для них и наименований». Эти божественные идеи в «…акте творения, засеменяя тварное бытие, живут с этого момента нераздельной от мира жизнью… Но идеи в мире - от Бога, но в мире они не есть Бог и не делают мир Богом, - говорит протоиерей В.Зеньковский, - они пребывают в тварном мире, который не имеет в самом себе ключа к пониманию его, откуда в мире идеи». Преподобный Иоанн Дамаскин также утверждает предвечное существование законов бытия мира: «Бог созерцал все вещи прежде бытия их от вечности, …и каждая вещь получает бытие своё в опредёленное время, согласно с Его вечной, соединённой с хотением мыслью, которая есть предопределение, и образ, и план».
О планомерном постепенном характере возникновения мира говорит святитель Василий Великий: «Они-то (разумные, мысленные твари), - наполняют собою сущность невидимого мира… А когда уже стало нужно присоединить к существующему и сей мир,… тогда произведено сродное миру и находящимся в нем животным и растениям преемство времени, всегда поспешающее и протекающее, и нигде не прерывающее своего течения».
Последним важным положением, которое мы желаем отметить, является то, что Бог является причиной мира. Причина возникновения мира кроется в бытии Бога, а не в самом мире. Мир не может быть причиной самого себя. Одной из «причин», побудивших Бога на создание мира преп. Иоанн Дамаскин считает Его благость: «Благий и преблагий Бог не удовольствовался созерцанием Себя Самого, но по преизбытку благости восхотел, чтобы произошло нечто, что в будущем пользовалось бы Его благодеяниями и было причастно Его благости». Однако, это не было необходимостью: «Творение - свободный акт… Для Божественного существа оно не обусловлено никакой внутренней необходимостью». В силу этого богословие не может дать строгое определение «причине мира». Неудивительно, что и наука подошла к такой же границе, за которой разрушаются все причинно-следственные связи мира.
2. Квантовая механика
Квантовая механика (волновая механика) - теория, устанавливающая способ описания и законы движения микрочастиц (элементарных частиц, атомов, молекул, атомных ядер) и их систем, а также связь величин, характеризующих частицы и системы, с физическими величинами, непосредственно измеряемыми на опыте.
2.1 Развитие квантовых представлений о мире
Основы квантовой механики были заложены в начале XX века в связи с открытием двух универсальных постоянных - скорости света в вакууме и минимального действия - постоянной Планка.
Начало квантовым представлениям положил немецкий физик Макс Планк. В 1900г. он составил эмпирическую формулу распределения частотного спектра и сделал поразительное открытие: «на атомном уровне энергия увеличивается или уменьшается на дискретное значение - квант (измеренная Планком константа или h)». С этим открытием и введением постоянной Планка h «…в физику внедрилась мысль, о том, что энергию механических систем нельзя задать произвольно. Она может принимать вполне определённую последовательность значений».
В 1905 г. Альберт Эйнштейн представил свою работу по специальной теории относительности. Он распространил понятие квантов Планка на электромагнитное излучение, т.е. свет. Эти кванты света Эйнштейна, обладающие свойствами частиц, были названы фотонами. Квантовые идеи вскоре были перенесены с излучения на атомные объекты. После этих событий в 1907 г. Эйнштейн построил простую квантовую модель теплоемкости материальных тел.
В 1911 г. Эрнестом Резерфордом была предложена планетарная модель атома. Хотя модель обладала достаточной простотой, и на первый взгляд была вполне приемлемой с точки зрения классической механики, однако с точки зрения электродинамики модель приводила к непреодолимым трудностям. Электрон, вращаясь вокруг ядра и излучая электромагнитные волны, должен был, в конце концов, упасть на ядро, и атом должен был перестать существовать. Только в 1913 году Нильс Бор спас положение: он допустил, что законы классической механики неверны, или, по крайней мере, неверны на атомном уровне. Им была предложена модель атома, игнорирующая требования классической физики: «электроны перемещаются вокруг ядра по квантовым траекториям без какой либо потери энергии, получают или теряют энергию они только тогда, когда перескакивают с одной траектории на другую…».
Боровские квантовые условия стали применять ко многим атомным явлениям. Но был один недостаток: квантовые условия накладывались сверху на классическую картину без понимания того, откуда берутся эти правила.
Другим направлением, по которому развивались квантовые представления о микромире, было изучение корпускулярно-волновой природы света. Исаак Ньютон считал свет потоком частиц, и эта модель хорошо объясняла опыт. В 1799 г. английский физик Томас Юнг (1773-1829) обнаружил явление интерференции, подтверждавшее волновую теорию света. Его теория была осмеяна, но спустя десять лет Юнга поддержал француз Огюстен Френель. Он самостоятельно провел опыты, подтверждающие интерференцию света. Наконец, полученное Джеймсом Клерком Максвеллом уравнение распространения электромагнитных волн (включая свет), дало аргумент в пользу волновой модели.
В 1905 г. Эйнштейном была предложена квантовая теория излучения и поглощения света в газах, объяснявшая эксперименты по фотоэлектрическому эффекту. Согласно модели Эйнштейна, свет является потоком частиц, которые, падая на пластинку металла, выбивают электроны из кристаллической решётки, чем и вызывают электрический ток. Эти частицы, т.е. фотоны, Эйнштейн приравнял к квантам Планка (фотон есть квант света). Так впервые появилась неизбежная двойственная природа света: в одних случаях он ведёт себя как поток частиц, в других - как волна.
Затем французский физик Луи де Бройль распространил корпускулярно-волновой дуализм на все атомные объекты. Позже это подтвердилось на опыте интерференции электрона. Оказывается, что электрон ведёт себя и как частица, и как волна. Сложность такого описания поведения электрона заключается в парадоксе: корпускулярное и волновое описание атомных объектов взаимно исключают друг друга: «волна неограниченна и может распространяться на значительные расстояния; частица же дискретна, локализована, и ограничена небольшой областью». Волна легко разделяется на различное множество путей, одна часть идёт в одном направлении, другая - в другом; перемещение частицы ограничено одним направлением.
Теория, непротиворечиво описывающая на языке науки парадоксальные атомные явления, была разработана практически одновременно с двух направлений.
Одно из них принадлежит Вернеру Гейзенбергу. В 1925 г. он предложил отбросить использование определенных координат и импульсов на том основании, что они, по сравнению с энергией атомов, являются ненаблюдаемыми величинами на микроскопическом уровне. Гейзенберг установил новую механику, предназначенную для этих целей. В его модели все атомные объекты были описываемы через математические матрицы.
Другое направление принадлежит Луи де Бройлю. Согласно его модели, демонстрировать свои корпускулярные и волновые свойства может не только свет, но и частицы. Например, Бройль связывал с электроном «волны материи». Он назначал каждому перемещению электрона определённую длину волны: путь орбиты должен содержать целое количество длин волн. Эрвин Шрёдингер (1887-1961) в 1926 г. завершил волновую теорию Луи де Бройля. Он ввел понятие волновой функции, которая связана с любой системой материальных частиц и написал уравнение, которому эта волновая функция должна удовлетворять. С её помощью Шредингер нашел правильные энергетические уровни атома водорода. Однако при всей революционности открытий, совершенных с помощью волновой функции её физический смысл был совершенно неясен.
В противоположность матричной механике, волновая механика Шредингера была выражена знакомым математическим языком. Таким образом, атомные явления стали выразимы на языке алгебры. Эти средства выражения были настолько далеки от обыденного восприятия мира, что приходилось устанавливать правила соответствия между математической картиной реальности и наблюдаемыми величинами. Поэтому основной проблемой в квантовой теории стал не сложный математический аппарат вычислений, а понимание той картины реальности, которая открывалась благодаря этому аппарату.
.2 Детерминизм Лапласа и неопределённость квантовой механики
Благодаря целеустремлённой работе ученых естествоиспытателей наука была поставлена на такую степень развития, что, казалось бы, ничто не способно устоять перед строгой определённостью её законов. Так, Пьер Лаплас, живший в XIX в., выразил взгляд на Вселенную, как на полностью детерминированный объект: «ничто не будет неопределенным, и будущее, как прошлое, будет представлено перед глазами». К примеру, если мы знаем точное положение планет и Солнца в данный момент, то по законам притяжения можем точно вычислить, в каком состоянии будет находиться Солнечная система в любой другой момент времени. Но Лаплас хотел увидеть в детерминизме законов Вселенной ещё больше: он утверждал, что существуют аналогичные законы для всего, в том числе и для человека. Эта доктрина детерминизма была в корне разрушена квантовой теорией.
Сравним, чем отличается классическая механика от квантовой. Пусть имеется система частиц. В классической механике состояние системы в каждый момент времени определяется значением координат и импульсов всех частиц. Все другие физические параметры, как-то: энергия, температура, масса и т.п., могут быть определены из координат и импульсов частиц системы. Детерминизм классической механики заключается в том, что «будущее состояние системы полностью и единственным образом определены, если задано её начальное состояние».
Несомненно, в любом эксперименте измерения могут иметь некоторую неточность, неопределённость, и, в зависимости от рассматриваемой физической системы её будущее может оказаться либо чувствительным, либо нечувствительным к этой неопределённости. «Но в принципе (выделено нами - В.Р.) не существует какого-либо предела на точность, которой мы не могли бы достичь, - утверждает Сэм Трейман. - Поэтому в принципе,… нет препятствий для предугадывания будущего развития».
В квантовой механике также существует понятие «состояние системы». Как и в классической механике, система, согласно законам, «…развивается в такие состояния, которые полностью определены, если задано начальное состояние в некоторый начальный момент». Поэтому и здесь настоящее определяет будущее. Но «квантовые состояния не точно задают координаты и импульсы частиц; они определяют только вероятность (выделено нами - В.Р.)». Случайность в квантовой механике, - считает В.П Демуцкий, - это один из её постулатов.
Неизбежность вероятностного описания физической системы в квантовой механике поясняет Иоганн фон Нейман: «… никакое повторение последовательных измерений не может привнести причинный порядок…, ибо атомные явления лежат на краю физического мира, где любое измерение вносит изменение того же порядка, что и сам измеряемый объект, так что последний изменяется существенным образом, в основном из-за соотношений неопределённости».
На квантовом уровне определяющее значение носит «размытость» сопряженных характеристик, выраженная принципом неопределённости Гейзенберга: точность измерения координат и импульсов системы не может быть выше постоянной Планка, минимального кванта действия.
Согласно этому положению никакой эксперимент не может привести к одновременно точному измерению координат и импульса частицы. Эта неопределённость связана не с несовершенством измерительной системы, а с объективными свойствами микромира. Если мы определяем точно координату частицы, то значение её импульса «размывается» и становится тем более неопределённым, чем точнее определяется координата. Поэтому в квантовой механике исчезает классическое понимание траектории частицы. «В квантовой физике частицы двигаются по загадочным траекториям, простирающимся вдоль волноподобных путей. Одиночный электрон может быть везде в пределах волнового образца». К примеру, электрон может оставить фотографию своей траектории, но при этом может не иметь строгой траектории. В связи с рассмотрением траекторий атомных объектов удивительным представляется понимание траектории, предложенное Фейнманом. Согласно его модели, «вероятность перемещения частицы из точки А в точку В равна сумме вероятностей её движения по всем возможным траекториям, соединяющим эти точки». Следовательно, квантовая теория разрешает частице находиться на любой траектории, соединяющей две точки, а поэтому невозможно точно сказать, где окажется частица в определенный момент.
Итак, если классическая физика считала неточность следствием несовершенства технологий и неполнотой человеческого знания, то квантовая теория говорит о принципиальной невозможности точных измерений на атомном уровне. Нильс Бор считал, что «неопределённость есть не результат временного незнания, разрешимого при дальнейшем исследовании, но фундаментальный и неизбежный предел человеческого знания».
2.3 Принцип дополнительности
Нильс Бор предложил принцип дополнительности, согласно которому, «мы не можем ничего сказать о квантовом мире, что бы было подобно действительности; взамен мы признаем достоверность альтернативных и взаимно исключающих методов». Представление об атомном мире, по сравнению с представлением Аристотеля (мир, как организм) и классической физикой (мир есть машина), не изобразимо. Классическая физика допускала, что существует объективный мир, который мы можно исследовать и измерять без существенного его изменения. Но на квантовом уровне оказывается невозможным исследовать реальность, не изменяя её. Это относится, например, к координате и импульсу. «Знание положения частицы, - писал В.Гейзенберг, - дополнительно к знанию её скорости или импульса». Мы не можем определить дополнительную величину (напр. скорость) с точностью первой (координаты).
Обобщая этот принцип на живые организмы, Бор считал, что «наше знание о том, что клетка живет, возможно, является чем-то дополнительным по отношению к полному знанию её молекулярной структуры». Если полное знание структуры клетки, которое может быть достигнуто лишь благодаря вмешательству, уничтожает жизнь клетки, то, заключает Бор, «логически возможно, что жизнь исключает полное установление лежащих в ее основе физико-химических структур». На этом основании химические связи молекул являются дополнительными для физических законов, биологические - для химических, социальные - для биологических, социальные - для душевных, и т.д.
Таким образом, предложенный Бором принцип дополнительности разрушает позиции детерминизма, о чем более подробно будет сказано ниже.
2.4 Функция распределения вероятностей
Как мы уже отметили выше, все физические явления в квантовой механике описываются с помощью уравнения Шредингера. Это уравнение положено в основу квантовой механики и позволяет описать двойственную природу элементарных частиц.
Решения уравнения Шрёдингера называются волновыми ψ-функциями. Через ψ-функцию можно описать дифракцию электрона, интерференцию и другие волновые процессы. Она представляет амплитуду вероятности существования того или иного результата. Физический же смысл имеет квадрат модуля |ψ(x,y,z,t)|2. «Квадрат модуля функции ψ в любой точке пространства пропорционален вероятности того, что при наблюдении в данной точке в данный момент времени будет обнаружена частица». Это есть первый постулат квантовой механики.
Второй постулат утверждает, что функция распределения вероятностей эволюционирует во времени согласно уравнению Шрёдингера: если она определена в один момент времени, то тем самым она однозначно определена и во все последующие моменты времени с помощью уравнения Шрёдингера.
Для того, чтобы рассмотреть различные интерпретации квантовой теории, предварительно рассмотрим некоторые свойства волновой функции, которую далее мы будем называть вектором состояния.
Ненаблюдаемость. Вектор состояния является величиной ненаблюдаемой. Ни сам вектор, ни его возможная реализация не соответствуют чему-либо измеримому или чувственно воспринимаемому на опыте. Именно поэтому физический смысл имеет только квадрат модуля значения этой функции, т.е. усреднённое значение.
Целостность. Вектор состояния системы взаимодействующих частиц не может быть выражен через волновые функции отдельных частиц. Классическая физика определяет поведение системы через её части, а квантовая теория утверждает противоположное - «целое определяет свойства своих частей: вектор состояния системы позволяет получать векторы состояния подсистем, но не наоборот». Свойство целостности квантово механических систем проявляется в существовании дальнодействующих, нелокальных непричинных связей, о которых будет рассказано ниже.
Редукция. Вектор состояния определяет возможности появления численных значений физических величин, чем несёт информацию о распределении вероятностей различных результатов измерений. «Волновая функция отлична от нуля только там, где частица может находиться, и она строго равна нулю там, где частица отсутствует».
Измерение величины показывает, что какая-то возможность превратилась в действительность. Это приводит к «необратимому и мгновенному изменению вектора состояния, его редукции к реализованной возможности, причём соответствующая вероятность скачком обращается в единицу. Вероятность остальных возможностей также скачком обращается в ноль». Коллапс волновой функции - это не теоретическая фикция, «редукция вектора состояния описывает объективно существующий необратимый мгновенный акт».
Допустим, электрон летит на фотопластинку. До попадания на неё все места падения электрона равновероятны, что означает полную неопределённость его положения. После попадания волновая функция скачкообразно меняется: теперь неопределённость электрона определяется размерами почерневшего зерна.
Активность. Вектор состояния способен оказывать силовое воздействие на микрочастицы. В 1952 г. американским физиком Дэвидом Бомом была предложена модель, являющаяся развитием первоначальной теории волны-пилота Луи де Бройля. Бом показал, что в квантовой механике действует некая сила, зависящая от модуля вектора состояния в той точке, где находится частица. Эта сила выталкивает частицу из той области пространства, где амплитуда вероятности мала, в область с максимальной амплитудой. Для системы микрочастиц квантовая сила зависит явно от вектора состояния всей системы как целого, а от координат зависит лишь не явно, поэтому «она мгновенно связывает частицы, разлетевшиеся на большие расстояния, когда не действуют силы, связанные с классическим потенциалом взаимодействия». Интерпретации этой силы различны, тем не менее, результат доказательства Бома означает, что вектор состояния «проявляет непонятную, но совершенно реальную способность влиять на микрочастицы: он как бы "пасёт", или "пилотирует" их, выдавливая из одной области пространства в другую».
космология вселенная гравитация детерминизм
2.5 Интерпретации квантовой механики
Многомировая интерпретация
Самой странной из интерпретаций квантовой механики является теория многих миров, предложенная в 1957г. Хью Эвереттом. Он не признавал коллапса волновой функции при эксперименте, а считал, что все другие возможности, описываемые волновой функцией, реализуются в других вселенных. Если в эксперименте могут реализоваться 5 значений, то одно из пяти реализуется в нашем мире, а остальные 4 - ещё в 4-х Вселенных. «Мы оказались в той Вселенной, - пишет Иен Барбур, поясняя позицию Хью, - в которой произошло именно то, что мы видим, и у нас нет доступа к другим вселенным, в которых наши двойники наблюдают осуществление иных возможностей».
На наш взгляд, теория многих миров является спорной, как минимум, по двум обстоятельствам. Во-первых, эта теория «представляется принципиально недоказуемой, так как между различными мирами невозможно никакое сообщение». Во-вторых, существование большого количество атомов и столь же большого количества квантовых событий обязывает Вселенные размножаться катастрофически быстро. Поэтому большинство учёных предпочитает теории бесконечного увеличения числа миров простую теорию, согласно которой возможности, не реализовавшиеся в нашей Вселенной, не реализовались нигде.
Математическое основание материи
Эта концепция была предложена математиком Иоганном Нейманом: «Полное существование динамических характеристик вещей происходит тогда, когда они восприняты человеческим сознанием». Последователи Неймана утверждают больше: «все характеристики, не только динамические, созданные алгеброй, но и вся Вселенная существует в полуреальном состоянии, пока человеческие наблюдения не сделают её вполне реальной». Кречет В.Г., соглашаясь с этой интерпретацией, пишет: «Нарушение неравенств Белла в квантовой физике показывает, что дополнительные свойства квантовых объектов не "существуют" независимо от наблюдателя и возникают (или "творятся") при наблюдении».
Такое идеалистическое понимание квантовой физики было очень широко распространено благодаря популярным работам Артура Эддингтона и Джеймса Джинса. Эддингтон считал, что «разум получает из Природы лишь то, что он сам в неё поместил». Человек сам навязывает природе придуманные им законы.
Действительно, современная физика показывает, что атомы являются по большей части пустым пространством, состоящим из небольшого ядра, окруженного вращающимися электронами. И даже они - не материя в классическом значении; они похожи на сгустки сконденсированной энергии. «По сравнению с твердым телом субстанциональный мир в повседневном восприятии физики представляют нам как "мир теней"». Поэтому критики этой интерпретации обоснованно обвиняют Эддингтона, что он спутал энергию с духом или идеей. Мир энергии существует как мир материи, а квантовая механика заменила старые понятия материализма новыми понятиями.
В свою очередь, Джинс предложил математический аргумент в защиту идеализма. Квантовая теория не может изобразить Вселенную в доступной для нас форме, схожей с чем-либо из нашей повседневной реальности, она может сделать это лишь математически. Джинс считал, что «Вселенная начинает выглядеть скорее более похожей на великий замысел, чем на великую машину. Разум больше не кажется случайным гостем в сфере материи». Критики отвечали, что Джинс исказил природу квантовой механики. Нэнси Пирсей (Pearcey) пишет: «Согласно его (Джинса - В.Р.) аргументам, мы должны полагать, что квантовая механика разделом чистой математики, свободным творчеством математической мысли. Но даже в квантовой физике, ученые всё же проверяют свои теории на опыте. Тесты могут косвенными, и учёные все же ссылаются своими теориями на физический мир, а не на просто ментальный или математический мир».
Мы считаем, что наука начинается из предположения, что объективная реальность «где-то» есть, и её можно исследовать. Даже если мы не можем познать её вполне, даже если наш акт наблюдения влияет на неё, все-таки ещё должно быть что-то независимое от нашего сознания. «Мир должен существовать с присущей ему собственной структурой, которую мы можем представить в наших теориях и проверить их». В противном случае если мир является созданием нашего разума, тогда у него нет присущей структуры, он может меняться согласно нашим убеждениям. Значит, нет смысла науке проверять теории на реальном мире, поскольку он все равно «прогнётся» под научные представления. Такие аргументы ставят под сомнение достоверность самой науки.
Часть и целое
До сер. XX в. считалось, что протоны, нейтроны и электроны неделимы и являются основными строительными блоками материи. Однако, в результате экспериментов на ускорителях высоких энергий в 1950-1960гг. были открыты многие другие виды частиц, также имеющих массу, заряд и спин. Причём, время существования некоторых из них составляло миллиардную долю секунды или меньше. Дальнейшие исследования заставили ученых предположить о существовании кварков, ещё более мелких частиц, составляющих элементарные частицы. Однако свойство их таково, что они не могут существовать свободно. К примеру, сам протон состоит из 3-х кварков, и, чтобы их отделить друг от друга, необходимо большое количество энергии, в результате чего появляются новые кварки и новые протоны, другие частицы. «Кварки - это частицы, - резюмирует Иен Барбур, - которые, по-видимому, могут существовать только в рамках целого».
Классическая физика, рассматривая атом гелия, видела в нём отдельные компоненты: ядро, состоящее из 2-х протонов и 2-х нейтронов, и вращающиеся вокруг него электроны. Однако квантовая теория рассматривает атом гелия как целое, в котором нет различимых частей. Волновая функция атома не является суммой волновых функций элементарных частиц, входящих в него. Поэтому Луи де Бройль писал: «Связанный электрон - это состояние системы, а не независимая единица».
Такая зависимость частей от целого наблюдается и на более высоком уровне: энергетическое состояние атомов в кристаллической решётке, групповое взаимодействие магнитных доменов при охлаждении металла, «кооперативное» поведение электронов при сверхпроводимости. Здесь законы поведения системы невозможно вывести из законов поведения её составляющих. «Существование любого объекта определяется его взаимодействием с другим и участием в более общих системах. Без подобных холических квантовых явлений не было бы ни химических свойств, …ни ядерной энергии, ни жизни», - заключает Барбур.
Теорема Белла
Теперь мы рассмотрим, как происходило экспериментальное подтверждение целостности мира на основании квантовой теории.
В 1935г. Эйнштейн предложил тип эксперимента, провести который стало возможно лишь недавно. Источник испускает две частицы, А и В, которые разлетаются в противоположных направлениях. Пусть начальный спин системы равен нулю, тогда спин В должен быть равен по величине и противоположен по знаку спину А. С помощью детектора можно измерить определенный компонент спина частицы А, и можно определить вероятность точного значения соответствующего компонента спина В (он будет равным и противоположным). Его также можно измерить вторым детектором.
Квантовая теория описывает каждую частицу в полете как смешение волн, представляющих с одинаковой вероятностью различные предполагаемые ориентации спина. Каждая группа волн дает определенное значение, только когда проводится измерение. Поэтому значение компонента спина частицы В будет равно значению спина частицы А, но противоположно.
Эйнштейн не мог с этим согласиться и считал, что во время полета спин В уже должен обладать определенным значением, а не возможным распределением. Он сделал два допущения: частицы обладают определенными классическими свойствами, даже когда мы их не наблюдаем; и взаимодействие двух изолированных частей не может осуществляться быстрее, чем со скоростью света. Эйнштейн был уверен, что вероятностное описание мира есть неполное описание. Квантовая теория, по мнению ученого, должна была оперировать со скрытыми переменными, не нарушающими законы причинности.
Бор же считал, что невозможно говорить о свойстве частицы безотносительно к процессу измерения. Поэтому мы должны признать две частицы и два детектора единой системой, а её волновая функция будет заключать в себе обе частицы, несмотря на то, что они удалены друг от друга.
В 1932 г. Иоганн фон Нейман доказал, что детерминистская теория, в которой результаты измерения всегда согласуются с предсказаниями квантовой механики, не может содержать скрытых параметров. Этим опровергалось существование в квантовой теории скрытых переменных, благодаря которым её законы имеют вероятностный характер. Однако позднее, в 1965 г., Джон Белл, опровергая существование скрытых переменных, показал, что теорема Неймана запрещает существование локальных детерминистических моделей со скрытыми переменными, предсказания которых совпадают с предсказаниями квантовой механики. Более того, Белл показал, что такие модели со скрытыми переменными должны приводить к некоторым неравенствам, нарушающим корреляции между микрочастицами. Эти микрочастицы, образуя в начальный момент времени единую систему, потом разлетаются на большое расстояние друг от друга, сохраняя целостность системы. Квантовая механика, учитывая «размытость» начального состояния, «…приводит к более сильным корреляциям, … и неравенства Белла в ней не выполняются».
Чуть позднее Кошен и Шпеккер предложили более простое опровержение существования скрытых параметров: «в квантовой механике случайность сочетается с необходимостью таким образом, что делает невозможным сведение случайности к скрытым параметрам».
Это ещё раз свидетельствует о полноте квантовой теории и об отсутствии скрытых классических переменных.
В 1983г. Элайн Аспект провёл эксперимент, предложенный Эйнштейном в 1935 г. В эксперименте частицы вели себя так, будто между ними существовало некоторое сообщение, однако, они были настолько далеки друг от друга, что между ними за это время не могло возникнуть никакого взаимодействия.
По мнению большинства физиков, частицы А и Б появились в результате одного события, поэтому являются единой системой даже находясь далеко друг от друга. Квантовая волновая функция должна включать обе частицы. Только после наблюдения мы можем признать, что они отличны друг от друга и существуют независимо.
Однако есть и другое понимание. Так, физик Пол Дэвис говорит: «Интересующая система не может рассматриваться как собрание объектов, но как неделимое и единое целое». Полкинхорн так же обращает внимание на целостность квантовых систем: «Квантовые состояния демонстрируют неожиданную степень совместности... Эксперименты ведут к удивительно интеграционистскому взгляду на взаимоотношение систем, которые однажды взаимодействовали друг с другом, сколь бы сильно они ни разделились впоследствии».
Обнаруженные в эксперименте Аспекта дальнодействующие мгновенные аказуальные корреляции между частицами подтверждают связанность, согласованность и единство материальных явлений на квантовом уровне. Сила, осуществляющая это единство, как мы увидим ниже, характеризуется нематериальными свойствами.
Копенгагенская интерпретация
Её предложил Нильс Бор. В основу был положен принцип неопределённости. Бор считал, что электрон реально не обладает характеристиками координат и импульса до тех пор, пока не проведены измерения. На возражение, что невозможно измерить то, чего не существует, Бор отвечал, что «спорна любая действительность для понятия положения и движущей силы». Согласно Бору, положение и скорость не присущи электрону, они - продукт взаимодействия измерительным прибором. Копенгагенская интерпретация не утверждает, что все характеристики квантовых объектов есть результат взаимодействия с измерительным прибором. Статические атрибуты: заряд, масса, спин - стабильны. В отношении этих характеристик квантовые объекты ведут себя согласно классической физике. «Загадочны» только динамичные характеристики: положение, скорость, направление спина - их существование есть акт взаимодействия с измерительной системой. Здесь можно привести аналогию с цветом, который не является врождённым атрибутом, а зависит от цвета освещения. Несмотря на явный субъективизм в измерении динамических величин, Бор не считал, что квантовые объекты является созданием нашего ума: они существуют объективно. Поэтому Бор соглашался, что «мы не можем знать, что такое квантовый мир сам по себе». Мы можем только знать различные способы, которыми он отвечает на наши исследования. Вместе с тем Копенгагенская интерпретация не объясняет парадоксальность коллапса волновой функции: все возможности каким-то образом существуют в потенции до тех пор, пока волновая функция не сколлапсирует, и одно конкретное состояние мгновенно не станет действительностью.
Интерпретация квантовой механики Шрёдингера
Как уже было сказано, Бор предполагал, что акт измерения вызывает динамические характеристики из мира возможностей. Эрвин Шрёдингер, попытался показать нелепость такого понимания с помощью рассуждения, известного под названием «кот Шрёдингера». Суть его в следующем. Поместим кота в закрытый ящик рядом с крупинкой радия, чей период полураспада известен. Условия эксперимента таковы, что мы на 50% уверены, что один атом испустит альфа-частицу в течение одного часа. Если это произойдёт, то специальный механизм разобьёт ампулу с ядом, и животное умрёт. Согласно Копенгагенской интерпретации, через один час, если мы не откроем ящик, кот должен будет находиться в двух состояниях: быть и живым, и мёртвым. Конечно, если мы откроем ящик, то волновая функция сколлапсирует, и кот будет действительно живым или действительно мёртвым.
Шрёдингер этим хотел показать, что Копенгагенская интерпретация наделяет эксперимент «магической силой» выводить вещи из небытия. Тем не менее, эта интерпретация остаётся господствующей в мире ученых, которые, учитывая «кота Шрёдингера», фокусируют внимание на человеке-наблюдателе: «Если мы хотим, чтобы квантовый объект проявлял себя как частица, мы выбираем эксперимент частицы. Если мы хотим, чтобы он проявлял себя как волна, мы выбираем волновой эксперимент». В подтверждение этого Уилер пишет: «Никакой элементарный феномен не является реальным феноменом, пока он не будет наблюдаемым феноменом».
Сам Шредингер приписывает объективную реальность не частицам, а волнам, и не согласен интерпретировать волны только как волны вероятности. Он считает, что функция распределения вероятностей аналогична векторам электрического и магнитного полей в теории Максвелла. Более того, она, как и эти векторы, недоступна наблюдению. Единственное, что доступно наблюдению, это сила и энергия, которые являются квадратичными функциями полей. В случае с функцией вероятности, также наблюдаемой является только лишь квадрат её модуля, т.е. вероятность события.
Сущностная непознаваемость мира для Шрёдингера очевидна: «…Никогда нельзя сказать, что в действительности имеет место или в действительности происходит, но лишь указать, что будет наблюдаться в данном частном случае». Действительно, функция распределения вероятности есть функция 3N переменных и времени. Она существует в абстрактном гильбертовом пространстве, которое с реальным трехмерным пространством ничего общего не имеет.
Только при рассмотрении задачи одного или двух тел можно говорить о распространении волн вероятности во времени и пространстве, т.е. в нашем мире. Поэтому волны вероятности не реальны, а, правильнее сказать, метафизичны нашему трёхмерному бытию.
«Теоретические и практические достижения западной мысли за последние полтора столетия... не слишком обнадеживают. ...Требование - все трансцендентное должно исчезнуть - не может быть последовательно проведено в теории познания, т.е. именно в той области, для которой этот тезис и предназначался в первую очередь, - писал Эрвин Шредингер. - Причина заключается в том, что мы не можем обойтись здесь без путеводной нити метафизики (выделено нами - В.Р.)».
Интерпретация Бома
Другая интерпретация предложена Дэвидом Бомом. Волновая функция для него, также как и для Шрёдингера, является математическим представлением некоторого реального, объективного поля, несмотря на трудности, возникающие при N>2. В понимании Бома координаты и импульсы частиц являются «скрытыми переменными», которые можно измерить лишь путём непрерывного наблюдения, что фактически невозможно.
Бом разработал уравнения для квантового потенциала, действующего как некая мгновенная волна, направляющая частицы. Эта волна несет закодированную информацию как о близких, так и об удаленных событиях, и не уменьшается с увеличением расстояния. Бом считает, что существует холический внутренний порядок, информация которого разворачивается во внешний порядок определенных полей и частиц. В качестве грубой аналогии можно предложить телевизионный сигнал, в котором информация зримого образа свёрнута в электромагнитную волну, или голографическую фотографию, в плоскости содержащую информацию об объёме.
Интерпретация Бома рисует впечатляющую целостность, допуская мгновенные нелокальные непричинные связи. События, разделенные в пространстве и времени, соотносимы, поскольку они разворачиваются из одного внутреннего порядка. Между ними не существует прямых причинных связей, так как одно событие само по себе не влияет на другое. Даная теория не нарушает релятивистского запрета на передачу сигналов со скоростью выше скорости света, поскольку её нельзя использовать для того, чтобы посылать сигнал с одного детектора на другой.
Несмотря на то, что точка зрения Бома согласуется с экспериментами, большинство физиков всё же разделяет взгляды Бора, т.к. пока не существует экспериментальных опровержений теории последнего. Интерпретация Бома и его коллег по теории квантового потенциала может быть проверена опытами, но этого пока ещё не сделано.
Интерпретация Гейзенберга
Гейзенберг основы понимания природы бытия усматривал в греческой философии. Жизнь Сократа, по Платону, состояла в постоянном обсуждении языковых понятий и границ наших средств выражения. Гейзенберг считает, что вопрос об объективности наших знаний о мире решается степенью объективности понятий, которые выработаны в процессе взаимного общения с миром, и, строго говоря, субъективны: «Значения всех понятий и слов, образующиеся посредством взаимодействия между миром и нами самими, не могут быть точно определены. А это значит, что мы не знаем точно, в какой степени они могут нам помочь в познании мира.… Поэтому путем только рационального мышления никогда нельзя прийти к абсолютной истине (выделено нами - В.Р.)». Естественная наука не просто описывает и объясняет природу, она описывает природу таким способом, каким мы её спрашиваем.
Гейзенберг соглашался с Копенгагенской интерпретацией, что «мы не можем описывать природу, не вводя себя самих в качестве самостоятельных сущностей в это описание». Но он не соглашался, что мир существует лишь благодаря нашему его восприятию: «Тот факт, что в физике природу можно описать посредством простых математических законов, учит нас тому, что мы имеем здесь дело с подлинными чертами реальности, а вовсе не с тем, что мы в некотором смысле слова изобрели сами».
Для Гейзенберга неопределённость есть свойство природы. Природа не определена, как предполагает классическая физика, но она неопределённа. Гейзенберг восстановил Аристотелевскую терминологию потенции и акта. «Всё, что мы наблюдаем в мире явлений, - говорил Аристотель, - представляет собой оформленную материю». Материя, следовательно, является реальностью не сама по себе, но представляет собой только возможность, "потенцию", она существует лишь благодаря форме. По Аристотелю, материя не является каким-либо определённым веществом, как воздух, вода, огонь или даже пространство; она является тем «нечто», которое может перейти благодаря форме в актуально свершившееся.
Атомная область есть область возможности, говорил Гейзенберг, будущее событие не предрешено до тех пор, пока из диапазона возможностей одна не реализовалась. Когда учёный вторгается своим измерительным прибором в атомную систему, он актуализирует конкретный результат из того, что было нечёткой областью возможностей. Гейзенберг писал: «Переход от "возможности" к "действительности" происходит во время акта наблюдения».
Полное взаимопревращение элементарных частиц в энергию и обратно побуждает Гейзенберга видеть в «энергии» современной физики первоматерию Аристотеля: «Таким образом, энергию можно считать основной субстанцией, первоматерией. Фактически она обладает существенным свойством, принадлежащим субстанции: она сохраняется». Благодаря энергии частица «актуализируется», и в мире существуют изменения состояния.
Взаимные превращения частиц Гейзенберг считает неоспоримым доказательством единства материи: «Все элементарные частицы "сделаны" из одной и той же субстанции, из одного и того же материала, который мы можем назвать энергией, или универсальной материей; они - только различные формы, в которых может проявляться материя».
Уравнение Шрёдингера, называемое Гейзенбергом как «математическое уравнение всей материи», имеет собственные решения - волновые функции, которые суть элементарные частицы. Поэтому Гейзенберг соглашается с Пифагором, сказавшим: «Все вещи суть числа». Для ученого «…все элементарные частицы, в конечном счёте, суть математические формы, только гораздо более сложной и абстрактной природы». Они являются первообразами, идеями материи, которыми определяется всё происходящее.
2.6 Субстанциональная интерпретация
Выше было показано, как близко Гейзенберг подошёл к идеалистическому пониманию реальности: волновые функции являются математическим, т.е. идеалистическим представлением материи. Однако остаётся неразрешённым вопрос о том, как соотносятся идеальная и вещественная, т.е. наблюдаемая, стороны нашего мира.
Платон, как известно, учил, что наш мир является несовершенным отражением совершенного мира идей. Аристотель также утверждал наличие у каждой вещи идеального начала, согласно которому происходит становление материи. Это идеальное начало он называл «энтелехия». Однако энтелехии Аристотеля вне материи не существуют, в то время как мир идей Платона существует и вне вечного материального мира.
Для выяснения этого вопроса рассмотрим субстанциональную интерпретацию вектора состояния, изложенную Э.А. Тайновым. Предлагая понятие субстанции, обладающей внутренним единством природы, целостностью, автономностью (неподчинённостью внешним законам), активностью, он утверждает, что материя не обладает свойством субстанции. Для Тайнова «законы природы имеют своим референтом сущности объектов, духовную субстанцию, а не материю, не сами материальные объекты». Сами по себе материальные частицы не могут выступать как единое целое, мгновенно обмениваться информацией о состоянии и вступать в силовое взаимодействие. Это означает, что «законы природы относятся не к самим материальным объектам, а к тому таинственному интеллигентному агенту, который знает всё об объектах и законах природы и обладает необходимыми свойствами, позволяющими ему справиться с этой бесконечно сложной задачей. Этот агент со свойством автономности представляет собой не что иное, как духовную субстанцию, и она есть сущность материальных объектов».
Рассматривая физические свойства вектора состояния, Тайнов приходит к выводу: «Сопоставление этих свойств с определением субстанции показывает, что этот референт представляет собой некую ненаблюдаемую субстанцию». Действительно, как было указано выше, вектор состояния является ненаблюдаемой величиной (наблюдается только его усреднённое значение), существующей вне времени и пространства и оказывает силовое воздействие на частицы (волна-пилот Бомовской интерпретации). Это означает, пишет Тайнов, называя вектор состояния субстанцией, что «эта субстанция не имеет бытия в пространстве-времени, а является сверхвременной и сверхпространственной нематериальной субстанцией, управляющей пространственно-временным поведением материальных объектов».
Итак, волновая функция является референтом духовной субстанции, сущности материальных объектов. Эта субстанция «вероятностно управляет материальными объектами в пространстве-времени, располагая полной и конкретной информацией об их возможном поведении и оказывая на них активное силовое воздействие».
На основании субстанциональной интерпретации достаточно просто можно объяснить вероятностный характер квантовых явлений. «В субстанциональной интерпретации, - пишет Тайнов, - сосуществование вектора состояния и пучка траекторий в теории вполне естественно, поскольку референт вектора состояния, субстанция-пастырь, и частица сосуществуют и имеют каждая свой онтологический статус».
Субстанциональная интерпретация "рассеивает" корпускулярно-волновой дуализм классической физики: «есть событие частиц с их корпускулярными свойствами и интеллигенций с "волновыми" свойствами (о чём можно говорить лишь весьма условно). Материальные частицы существуют реально в пространстве-времени и принадлежат реальному бытию. Интеллигенции бытуют вне пространства-времени и принадлежат духовному бытию - они лишь проявляют свою активность в пространстве и времени».
Краткие выводы
Подведём некоторые итоги. Постигая природу материи, физика впервые натолкнулась не невыразимость открытой ею реальности на повседневный язык понятий. Эта реальность может быть осмыслена лишь метафизически. Осмысление квантовой механики происходило в русле и терминах античной философии, представленной в трудах Платона и Аристотеля. Вкратце перечислим основные положения метафизического осмысления достижений квантовой механики.
. Впервые научному познанию открылась субъективность человеческого познания. Квантовая механика показала невозможность объективного знания для человека, поскольку он сам является частью изучаемого им мира. Поэтому мышление человека и его терминологическая система находятся в тесной связи с окружающей реальностью, и, строго говоря, субъективны.
. Мир на квантовом уровне представляется как единое целое, в котором части изменяют свои свойства, находясь в системе. Единство частей в целом проявляется в нелокальных казуальных связях между ними.
. Волновая функция, или вектор состояния системы, несмотря на вероятный характер, наиболее полно описывает состояние квантовой системы на языке математики. Она является референтом, в нашем мире идеальной, духовной субстанции. Эта субстанция определяет единство мира как целого; объясняет дальнодействующие нелокальные связи между атомными объектами.
. Материальные частицы представляются объективно существующими, но их бытие не автономно, поскольку они подчиняются идеальным законам бытия мира, интеллигенциям, или, на языке православной метафизики, логосам.
. Вероятностный характер квантовых явлений указывает на отсутствие детерминизма на атомном уровне. Эта позволяет увидеть, что законы материи лежат вне её, в мире идеальном, духовном.
. Дэвид Бом и Вернер Гейзенберг очень близко подошли к метафизическому пониманию бытия, излагаемому Православной Церковью учении о творении мира материального и оформлению его согласно с божественными идеями, логосами. Дэвид Бом предполагал существование волн вероятности более реальным, нежели существование частиц. Его волны вероятности оказывают силовое воздействие на частицы, управляют их поведением. Лишь только открытие метафизических свойств волновой функции заставило Бома отказаться от физического существования волн материи. Вернер Гейзенберг пришёл к выводу, что квантовые объекты имеют единое начало и определяются идеальными категориями, хотя и имеют автономное существование.
. Как итог нужно отметить, что современное научное знание подошло к такой границе, где глубокое осмысление реальности невозможно без метафизики. Метафизика, основанная на догматах Православного учения о творении Богом мира из ничего Своим Словом, будет лучшим инструментом в построении непротиворечивой картины нашего тварного бытия.
3. Синергетика
Синергетика - наука о взаимодействии, в которой существенным является не поиск причинно-следственных связей, а общие законы, по которым формируются структуры.
3.1 Обратимость и необратимость
В предыдущих двух частях дипломной работы мы рассматривали достижения теории относительности и квантовой физики, которые описывают лишь обратимые во времени природные процессы. Если мы начнём просматривать видеоролик, в котором сталкиваются бильярдные шары, а ролик по очереди будет прокручиваться назад и вперёд, то невозможно будет понять, какое направление было первоначальным, поскольку законы механики выполняются в обоих случаях. Прошлое и будущее, таким образом, неразличимы. Подобные явления происходят на уровне элементарных частиц.
В случае рассмотрения системы с большим числом частиц процессы становятся необратимыми. Если бросить каплю раствора марганца в стакан с чистой водой, то произойдёт необратимое выравнивание концентраций воды и марганца. Здесь прошедшее и будущее различаются. Протекание необратимых процессов от порядка к беспорядку указывает на направленность времени.
Необратимые процессы подчиняются второму началу термодинамики: в закрытой системе все процессы направлены на увеличение энтропии. Высокоупорядоченная система характеризуется низкой энтропией и высоким объёмом информации, а беспорядочная - высокой.
Зародившееся с середины XX века новое направление - физика неравновесных процессов внесло такие понятия как самоорганизация и диссипативные процессы. Оказывается, что необратимость приводит к новым явлениям: образованиям вихрей, химическим колебаниям, лазерному излучению, к когерентному, связанному состоянию частиц, характеризующемуся минимальной энтропией. Лазерное излучение - первое из обнаруженных явлений самоорганизации материи, не поддающееся описанию через законы классической физики.
3.2 Диссипативные структуры
Второе начало термодинамики утверждает, что все физические системы стремятся вернуться к наиболее вероятному беспорядочному равновесному состоянию, если эти системы были выведены из него. Поэтому самозарождение жизни, основанное на законах физики, любой ученый будет считать абсурдом. Долгое время возникновение в природе упорядоченных структур и состояний рассматривали как «… некую грандиозную флуктуацию, вероятность которой, согласно теории, настолько ничтожна, что такой флуктуации и случиться-то не должно было». Возникновение упорядоченных структур и живых организмов оказывалось в нашем мире случайным и даже невероятным.
Разрешение было найдено позже. Формулировка второго закона термодинамики, предложенная Клаузисом, относится к замкнутым системам, т.е. к системам, не обменивающимся с внешней средой ни энергией, ни веществом. Поэтому говорить о пожирающем всё на своем пути всеобщем хаосе и торжестве энтропии можно лишь тогда, когда речь идет о замкнутых системах.
Для получающих энергию извне открытых систем возможны состояния нестабильности, в которых может проявиться новый уровень коллективного порядка. Такие системы называются диссипативными.
Под диссипативными принято понимать структуры, проявляющие высокую степень организации при диссипации, обусловленной порождающей энтропию активностью. В таких структурах, поддерживаемых в определённых термодинамических условиях, под действием энтропийных процессов происходит удивительная упорядоченность и связность взаимодействия.
К этим структурам относят так называемую неустойчивость Бенара. В тонком слое жидкости поддерживается разность температур между нижней подогреваемой поверхностью и верхней, находящейся при комнатной температуре. Вблизи равновесия, т.е. при малой разности температур, в структуре начинаются коллективные движения: в одной части молекулы поднимаются, в другой - опускаются, как по команде, проявляя удивительное единство посредством лишь тепловой связи. Так образуются вихри Бенара в жидкостях. Самоорганизация жидкости в потоки не является чем-то мистическим, она есть всего лишь результат конфликта между «гравитацией и градиентом температуры: последний, если его рассматривать сам по себе, порождает меньшую плотность в нижних, более теплых слоях жидкости, в то время как механическое равновесие, взятое само по себе, приводит к тому, что центр тяжести системы занимает как можно более низкое положение». Когда величина градиента температуры превышает его критическое значение, амплитуда некоторых флуктуаций возрастает, что в конечном счёте приводит к формированию макроскопического потока. В результате возникает новый надмолекулярный порядок, по существу представляющий собой гигантскую флуктуацию.
Другим примером диссипативных структур являются химические часы. Это химическая реакция, которая протекает в периодическом режиме, например, реакция Белоусова-Жаботинского. В этой реакции происходит периодическая смена цвета раствора с красного на голубой.
Во всех вышеуказанных случаях поток тепла или вещества, удерживающий систему от перехода в равновесное состояние, создаёт состояние равновесия между энтропийными процессами, ведущими к равновесию, и упорядоченным состоянием. Однако при превышении порога неустойчивости происходит резкий рост энтропии. При этом небольшая флуктуация может усиливаться и приводить к появлению нового и более сложного порядка, который сопротивляется дальнейшим флуктуациям и поддерживает себя, получая энергию из окружающей среды. Флуктуация из «шума» вырастает в фактор, направляющий глобальную эволюцию системы. В некоторых случаях, если системы достаточно нестабильны и далеки от равновесия, может появиться и стабилизироваться новый уровень коллективного порядка.
Возникает сильно неравновесное состояние, приводящее к неустойчивости, бифуркациям и разветвлениям путей. Например, в жидкости незначительная флуктуация определяет закручивание потока по часовой или против часовой стрелки. За бифуркацией возможно появление новых процессов: колебательных химических реакций или химических концентрационных волн.
Лауреат Нобелевской премии за открытия в области неравновесных систем Илья Пригожин утверждает, что источником возникновения структурированного коллективного порядка являются неравновесные необратимые процессы. Он проанализировал много неодушевлённых саморазвивающихся систем, в которых хаотическое состояние на одном уровне приводило к упорядочиванию на другом, а иногда «новый порядок можно было предсказать, рассмотрев усреднённое, или статистическое поведение бесчисленных компонентов». Факт самоорганизации, по словам учёного, полностью отрицает редукционизм систем: «…простое и сложное сосуществуют, не будучи связаны между собой иерархически».
3.3 Направленность действия хаотических систем
Для объяснения сосуществования простых и сложных систем без соподчинённости Илья Пригожин ввёл в качестве «путеводной нити» понятие аттактора - «финального состояния любой траектории в пространстве». Для молекулярных систем аттрактором является состояние равновесия, описание которого зависит от немногих параметров: температуры и давления.
Аттрактор имеет смысл только для необратимых процессов: для идеального маятника аттрактор не существует - мятник будет колебаться неограниченно долго. Но если маятник будет подвержен действию даже небольшой силы трения, то его аттрактором будет являться точка в пространстве переменных, описывающих данную систему.
Но вместе с тем, существуют диссипативные системы, аттрактором которых является не точка, а замкнутая кривая. К таким системам относятся химические часы. Замкнутая кривая аттрактора описывает периодическое изменение концентрации химических веществ в системе. А если конечное состояние равновесия описывается тремя переменными, аттрактор будет представлен в виде поверхности.
Реальные молекулярные структуры характеризуются большим числом степеней свободы, что приводит к дробному размеру аттрактора, например: «…облако является не объёмным телом или поверхностью, а неким геометрическим объектом с размерностью, заключенной между 2 и 3». Такие аттракторы называются аттракторами с фрактальной размерностью. Они имеют удивительные свойства: «необычайно тонкая структура влечёт их к очень сложному временнóму поведению». Если аттракторы с целым значением размерности выводили систему на «то же самое» при любых начальных условиях, то аттрактор с фрактальной размерностью порождает непредсказуемые типы поведения. Поэтому, даже очень близкие начальные условия могут приводить к различным эволюциям динамической системы.
.4 Соотношение детерминизма и вероятности
Исследования Ильи Пригожина поставили перед естествознанием вопрос: «Что является первостепенным для мира: упорядоченность, определённость и подчинённость законам или неопределённость, беспорядочность, хаотичность?»
Установление законов природы, определяющих поведение динамических систем, богословами всегда использовалось как весомый аргумент в пользу бытия Бога. «Открытие не изменяющихся детерминистических законов сближало человеческое знание с божественной вневременной точкой зрения», - пишет Илья Пригожин.
Однако, как упоминалось выше, эти законы описывают обратимые во времени процессы, в то время как реальные события и явления связаны с термодинамической стрелой времени, и являются только необратимыми процессами.
Всем известно, что траекторию падающего камня легче рассчитать, чем траекторию «системы трёх тел», например, Солнца, Земли и Юпитера. До некоторого времени трудность этой задачи считалась лишь технической. Только в конце XIX века Пуанкаре показал, что решение задач такого типа может быть найдено только для устойчивой системы.
Рассмотрим математический маятник. Без учёта трения маятник является устойчивой системой. Трение же создаёт в системе колебаний маятника неустойчивость, которая приводит, наконец, к срыву колебаний. Законы классической механики не учитывают неустойчивость, связанную с трением, и получают достаточно «приближённый» к истине результат. Подобные «просчёты» применяются всюду: от расчета падения парашютиста с учётом трения до астрономических расчётов траекторий планет. Все они имеют «прогнозический характер» с высокой степенью вероятности. Например, «небольшая погрешность в определении координат кометы Галлея в 1910 г. незначительно исказила прогноз времени следующего её появления в 1986 г».
И. Пригожин показал, что классическая механика неполна, «поскольку не охватывает необратимые процессы, связанные с возрастанием энтропии». Внесение в классическое описание динамической системы необратимых процессов, неустойчивости, хаотичности возводит такую динамическую систему в разряд неинтегрируемых. Для неинтегрируемых систем вероятностное описание является более полным, чем описание в траекториях: «Элементы, включающие в себя хаос, стрелу времени… приводят нас к более целостной концепции природы, в которой становление и события входят на всех уровнях описания».
Описание картины мира, в котором отсутствует вероятность, необратимость «соответствует только идеализациям, или аппроксимациям». Такой мир, считает Илья Пригожин, радикально отличался бы от того мира, который мы наблюдаем.
Итак, мы приходим к примату вероятностного понимания реальности не только на молекулярном уровне, но и в повседневном опыте, и даже в космологическом масштабе.
3.5 Спорные вопросы
Основатели теории хаоса попытались разрешить вопрос, считаемый богословами неоспоримым свидетельством в пользу Божественного присутствия в мире, вопрос о причине появления и эволюции живых организмов. Является ли жизнь естественным следствием эволюции материи, направляющим фактором которой является окружающая среда, или она есть след божественного акта? В связи с этим изложим основные положения синергетики по этому вопросу.
Самоорганизация материи (живой и неживой) неоспорима для синергетики, более того она является важнейшим условием порядка и стабильности всех систем: «Поддержание организации в природе не достигается (и не может быть достигнуто) управлением из единого центра; порядок может поддерживаться только с помощью самоорганизации. Самоорганизующиеся системы делают возможной адаптацию к доминирующему типу окружающей среды, т.е. реагируют на изменения в окружающей среде, и именно их термодинамическая реакция делает такие системы чрезвычайно устойчивыми к возмущениям внешних условий».
Открытые многочисленные факты самоорганизации неживой материи в упорядоченные структуры заставляют учёных видеть в появлении живых организмов ещё одну ступень в эволюции материи. Синергетика признаёт, что материя сама в себе не имеет свойств к самоорганизации и развитию, поэтому активное влияние отводится окружающей среде как совокупности всех природных факторов.
Самоорганизация неживой материи наталкивает ученых на существование «скрытых» способов записи информации в молекуле ДНК. Пригожин утверждает, что химические соединения благодаря своей необратимости могут быть «носителями информации». Им предлагается один из простейших способов «записи информации» на особом полимере, который обладает характеристикой цепи Маркова пятого порядка.
Проводя оценку этих положений синергетики можно заметить, что основатели синергетики желают убедить всех в случайности нашего мира, в случайности живых организмов, и более того, в случайности разумного человека. Под случайностью здесь понимается фактор окружающей среды. Таким образом, человек как высокоорганизованная система является верхом саморазвития природы.
Если квантовая теория, постулаты которой были сформулированы более 70 лет назад, с самого начала осмысливалась на основании идеалистической античной философии, то основатели синергетики, появившейся в 70-80гг XX в., практически не рассматривают её положения в русле философии. Поэтому мы надеемся, что вскоре появится более глубокое метафизическое осмысление положений синергетики. Однако на настоящий момент большинство мыслителей обходят эту проблему стороной.
Самым важным положением теории хаоса является то, что она подвергла сомнению детерминизм классической науки. При описании любого процесса нам никогда не достичь точного и верного результата. Точные вычисления даже теоретически оказываются невозможными из-за того, что подавляющее большинство процессов в нашем мире является необратимым. Поэтому описание нашего мира науке представляется промежуточным между детерминированным описанием и описанием мира чистых случайностей.
Теория хаотических систем также в корне подрывает основы редукционизма. «Теория хаоса, - пишет Иен Барбур, - изучает качественную форму крупномасштабных моделей, которые могут быть сходны, даже если их составные части сильно отличаются друг от друга». Порядок здесь уже является более широким понятием, чем закон, т.к. в него включаются формальные, холические, исторические и вероятностные модели. Вот как пишет об этом Джеймс Глейк: «Хаос противоречит редукционизму. Новая наука делает далеко идущие утверждения об устройстве мира: она считает, что, когда речь идет о наиболее интересных вопросах, таких, как порядок и беспорядок, разрушение и созидание, формирование структуры и сама жизнь, то целое невозможно объяснить, исходя из составных частей. Сложными системами управляют фундаментальные законы, но это новый вид законов. Это законы структуры, организации и масштаба, которые просто исчезают, если мы сосредоточиваем внимание на отдельных составляющих сложной системы - точно так же, как психология толпы, занятой линчеванием, неприменима к отдельным ее представителям».
Необратимые процессы являются следствием протекания времени. «Коль скоро у нас есть стрела времени, - пишет Илья Пригожин, - сразу же становятся понятными две основные характеристики природы - единство и многообразие». Время является объединяющим началом Вселенной: «…стрела времени общая для всех частей нашего мира». Это же время является и источником порядка.
Процессы становления в синергетике играют существенную роль. Детерминизм относится к области идеализаций, где нет необратимых процессов, где нет становления. Отличие причин от следствий в нашем мире вносит в него необратимость, и как следствие - непредсказуемость и вероятность в описании явлений. Этим определяется многообразие структур как живой, так и неживой материи. Становление, актуализация, о которых впервые сказал Аристотель, есть принадлежность нашей жизни, тварной, изменяющейся, имеющей начало во времени. Мир без неопределённостей, без хаотичности, без «теней» Платоновой пещеры будет только тогда, когда «последний же враг истребится - смерть» (1Кор. 15:26). Тогда не будет ни рождения, ни становления, ни смерти, а «будет Бог во всем» (1Кор. 15:28).
4. Антропный принцип
.1 Антропный принцип
В настоящее время учёными утверждается поразительный факт устойчивости структуры Вселенной к флуктуациям различного рода. Можно указать бесчисленное количество явлений в физическом устройстве мира, которые абсолютно необходимы для существования в ней таких сложных систем, как человек.
В.Г. Кречет в своем докладе утверждает, что «абсолютно во всем, начиная от констант, определяющих интенсивность гравитационного, слабого, электромагнитного и сильного взаимодействий и вплоть до основных биологических предпосылок, мы обнаруживаем, что космос в целом, наши Солнце и Земля настолько точно подогнаны к нам, что без них было бы невозможно существование условий для жизни и человека…».
Рассмотрим параметры «точной настройки», начиная с характеристик «Большого взрыва»:
. Скорость расширения. Факт расширения Вселенной есть результат особого точного распределения скоростей разлёта. Точный выбор начальных условий так уникален, что «если бы через 1 секунду после Большого взрыва скорость расширения оказалась на 1*10-15 меньше, то произошло бы повторное сжатие Вселенной, и она не достигла бы своего современного состояния» в противном случае, при чуть большей скорости расширения, формирование галактик не произошло бы вообще. В настоящее время Вселенная расширяется со скоростью почти совпадающей с критической, не позволяющей избежать обратного коллапсирования.
. Формирование элементов. Поразительна чувствительность физической реальности к отношению массы протона, нейтрона и электрона. Масса нейтрона немного больше суммарной массы протона и электрона, что делает возможным реакцию электрона и протона с образованием нейтрона. Поэтому «изменение массы протона или нейтрона всего лишь на тысячную долю приводит к нарушению указанного соотношения и к уничтожению атома, - пишет В.Г. Кречет, - так, что во Вселенной не стало бы разнообразия элементов и все вещество состояло бы из нейтронов и нейтрино».
«Если бы электрический заряд электрона, - пишет Стивен Хокинг, - был чуть-чуть другим, звёзды либо не сжигали бы водород и гелий, либо не взрывались». Такие величины как заряд, масса элементарных частиц «имеют сравнительно немного значений, при которых возможно развитие какой бы то ни было разумной жизни».
. Соотношение частиц и античастиц. Реликтовый фон показал, что после «Большого взрыва» избыток частиц над античастицами составлял всего лишь 1*10-9 от общего числа частиц. «Если бы их осталось чуть больше или чуть меньше (или не осталось вовсе, будь их число равным), - пишет Иен Барбур, - существование нашего материального мира было бы невозможно». Если законы физики склонны к симметрии между частицами и античастицами, то в чём причина небольшой асимметрии?
Для более полной картины нужно рассмотреть чувствительность структуры современной Вселенной по отношению к основным константам.
. Если бы слабое ядерное взаимодействие было только на 0,3% слабее или на 0,2% сильнее, то жизнь была бы невозможной.
. Увеличение сильного ядерного взаимодействия привело бы к избытку гелия после Большого взрыва, и звёзды не смогли бы рождать тяжёлые элементы.
. Изменение электромагнитного взаимодействия приводит к нестабильности химических соединений: при усилении образуются лишь тяжёлые соединения, а при ослаблении - лишь лёгкие.
. Существование звёзд определяется балансом между физическими взаимодействиями (сильным, слабым, гравитационным и электромагнитным). Астрофизики утверждают, что изменение интенсивности любого из взаимодействий на 1*10-40 повлечёт за собой катастрофу для звёзд типа Солнца (П. Девис).
. Изменение соотношения между электромагнитным и гравитационным взаимодействиями приводит к изменению структуры галактик: увеличение приводит к быстрому выгоранию звёзд массой меньше 1,4 массы Солнца, а уменьшение не позволяет образоваться звёздам массой больше 0,8 массы Солнца, и, как следствие, приводит к отсутствию тяжёлых элементов в галактике.
Стивен Хокинг пишет: «…Вероятность появления Вселенной, подобной нашей, в результате события вроде Большого взрыва минимальна. Мне представляется, - продолжает он, - что отсюда следуют явные богословские выводы». Хокинг утверждает, что «вполне вероятно, что законы даны Богом, и Он предоставил Вселенной развиваться в соответствии с ними… Но какими он выбрал начальное состояние и начальную конфигурацию Вселенной?» Для науки это по-прежнему остается вопросом. Поэтому на вопрос: «почему начало Вселенной было именно таким» наука даже в лице атеистически настроенного Хокинга отвечает, что « не иначе как деянием Бога, Которому захотелось создать таких живых существ как мы».
4.2 Критика антропного принципа: случайность
Несмотря на основательную убедительность положений антропного принципа, в научном мире существует несколько способов объяснения «точной настройки» Вселенной. Они основаны на возможном существовании миллиардов миров с различными постоянными. «…Неудивительно, - пишет Барбур, - что случайно в одном из них могли сложиться как раз такие постоянные, которые оказались подходящими для появления именно наших форм жизни». Поэтому противники антропного принципа утверждают, что его аргументация не выдерживает никакой критики в концепции бесконечного множества миров.
Перечислим основные многомировые концепции.
. Концепция пульсирующей Вселенной. Её сторонники полагают, что во Вселенной каждый Большой взрыв предупреждается Большим схлопыванием. Таким образом, Вселенная, каждый раз проходя во время Большого взрыва через квантовую неопределённость, получает совершенно непредсказуемые физические характеристики, подобно игровому автомату или бросанию кости. В результате очередного схлопывания-взрыва появилась, наконец, и наша Вселенная, в которой могли зародиться и мы.
. Концепция многочисленных изолированных миров утверждает, что в результате одного Большого взрыва «Вселенная могла разделиться на множество миров с различными постоянными или даже с различными законами». Эти миры, расширяясь, удалялись друг от друга со скоростью превышающей любое взаимодействие, что сделало невозможным их взаимное сообщение. Поэтому мы могли оказаться в таком мире, где возможна только такая жизнь, какую мы видим.
. Квантовая многомировая концепция. Она была подробно рассмотрена во второй части дипломной работы. Предполагаемое этой концепцией множество миров также может удовлетворить вполне вероятному существованию такого мира, как наш. Однако недоказуемость этой гипотезы не позволяет рассматривать её серьёзно.
. Теория квантовых вакуумных флуктуаций также утверждает существование множества миров. Квантовая теория допускает кратковременное нарушение законов сохранения энергии. В связи с этим «энергия, необходимая для создания Вселенной, - пишет Иен Барбур, - могла быть заимствована лишь на фантастически короткий момент, однако, возможно, этого было достаточно для того, чтобы все пришло в движение. Кроме того, необходимая энергия могла быть крайне малой или даже нулевой, если принять во внимание отрицательную гравитационную энергию».
Перечисленные выше теории предполагают, что пригодная для жизни комбинация физических постоянных возникла случайно среди множества других миров, которые безжизненны. Джон Лесли считает, что «гипотеза Бога объясняет тонкую настройку проще и правдоподобнее гипотез многих миров. Все эти теории слишком надуманы, крайне умозрительны, и не поддерживаются никакими независимыми доказательствами, тогда как в поддержку веры в Бога можно привести другие виды свидетельств».
4.3 Теория вневременного Наблюдателя
Как было отмечено выше, вблизи сингулярности Вселенной квантовые процессы занимали определяющее значение. Это заставляет физиков и богословов задуматься: случаен ли наш мир или он продуман. Известным положением в квантовой теории является редукция волнового пакета - из всех возможных значений, имеющих ненулевую вероятность, с помощью акта измерения (наблюдения) выявляется определённое значение параметра микрочастицы. Волновая функция, содержащая в момент сингулярности информацию всех возможных Вселенных, также должна была редуцировать и из квантовой неопределённости дать ход истории Вселенной с определёнными характеристиками. Это подвигает богословов размышлять о Наблюдателе, который актом наблюдения мог «выявить» из ничего ту Вселенную, в которой могли бы жить такие существа, как мы.
Согласно Копенгагенской интерпретации, вне акта наблюдения не существует пространственных материальных характеристик. Нарушение неравенств Белла подтверждает мысль о том, что «дополнительные свойства квантовых объектов не "существуют" независимо от наблюдателя и возникают (или "творятся") при наблюдении».
Придерживаясь такого мнения, В.Г. Кречет пишет: «В результате воздействия сознания внешнего по отношению к Вселенной Наблюдателя (Творца Вселенной) производится "выбор" из всех возможных состояний - квазиклассической Ψ-функции, и Его творческим актом происходит редукция волнового пакета возможных Вселенных и "становление" "реальной" материальной Вселенной, имеющей классический предел эволюции».
Таким образом, по мнению некоторых мыслителей, само рождение Вселенной из квантовой неопределённости должно быть особым актом вневременного Наблюдателя.
В данной части дипломной работы были рассмотрены основные положения антропного принципа. Согласно этим положениям Вселенная представляется «идеально настроенной» для возможности возникновения жизни. «Тонкая настройка физических постоянных, - пишет Иен Барбур, - это именно то, что можно ожидать, если предположить, что жизнь и сознание были среди целей разумного и целеустремленного Бога». Однако нельзя сказать, что антропный принцип убедительно доказывает существование Бога, т.к. у атеиста всегда остаётся право признать существование мира или случайностью, или результатом действия Бога.
Физические законы мира, исследованные на устойчивость к флуктуациям космологических постоянных, говорят о поразительной неустойчивости нашего мира. Это положение делает беспочвенной идею самобытности мира.
Заключение
При изложении научной картины мира нами были представлены основные достижения естествознания в области научной космологии, квантовой теории и синергетики. В связи с ограниченным объемом дипломной работы представленный материал охватывает лишь область неживой материи.
Научная космология XX в. разрушила представления о мире как незыблемом вечном основании всякого бытия. Мир, согласно современным научным концепциям, есть динамично развивающееся целое, имеющее начало и конец.
Научное утверждение о творении «из ничего», предложенное космологией, с самого начала было принято многими богословами как подтверждение Божественного акта творения «из ничего». Оно часто использовалось ими в качестве прямого доказательства творения мира Богом. Вместе с тем, более глубокое изучение этого вопроса не даёт оснований считать богословское «ничто» в чем-то похожим на «ничто» научное. Причина в том, что учёные всегда будут стремиться дать определение научному «ничто», в то время как богословы считают философское «ничто» лежащим вне любых определений.
Согласно современным научным данным и теоретическим положениям, мир представляет собой гармоничное живое целое. Целостность его проявляется в гармоничных взаимодействиях всех частей, чем в корне подрывается редукционизм, укоренившийся в научном сознании ещё с эпохи Просвещения. Редукционизм подразумевает сводимость описания целого к описанию действия частей. Открытые наукой нелокальные аказуальные связи в квантовой механике и спонтанное зарождение упорядоченных структур под действием энтропийных процессов в синергетике доказали несводимость описания как атомных, так и молекулярных систем к описанию действия частей, их составляющих. Поведение элементов, входящих в систему, как единое целое, качественно отличается от поведения этих элементов, когда они находятся в изоляции.
Достижения квантовой механики и синергетики показали, что мир не является полностью детеминированным. Миру присуще вероятностное описание, в котором наряду со строгими законами существует и неопределённость. «Если бы в этом мире материя была автономно детерминирована, т. е. подчинялась бы собственным детерминистическим законам, - пишет Э.А. Тайнов, - (именно такова точка зрения механистического материализма), то, очевидно, свободы в таком мире не существовало бы: механицизм исключает свободу из-за отсутствия субъекта свободы в этом воображаемом мире… Никакой свободы в таком автономно закономерном материальном мире не существовало бы тоже, поскольку и здесь нет субъекта свободы, и у него нет шансов появиться из этого частично упорядоченного классического хаоса, как джину из бутылки». Неопределённость и вероятностный характер описания мира свидетельствуют о том, что мир подчинён законам, находящимся за его пределами.
Осмысление положений квантовой теории остро поставило вопрос о субъективности человеческого познания. Наш образ мышления, понятия об окружающем мире вырабатывались в процессе общения с миром, а поэтому, строго говоря, субъективны. Поэтому Вернер Гейзенберг, осознавая необходимость надмирного, божественного Откровения для познания мира, писал: «…путем только рационального мышления никогда нельзя прийти к абсолютной истине».
Главным постулатом научной деятельности ученых является познаваемость мира, т.е. узнаваемость его проявлений по определённым законам. Это ещё раз свидетельствует об ограниченности мира и подчинённости его законам. Эти законы существования мира физиками-теоретиками признаются существующим вне нашего изменчивого тварного мира. Следовательно, их природа метафизична. В дипломной работе на примере рассмотрения волновой функции было показано, что осмысление достижений человечества требует привлечения метафизики. Эрвин Шрёдингер, один из основателей квантовой теории, писал, что теперь «мы не можем обойтись здесь без путеводной нити метафизики». Такое осмысление законов природы требует признания существования идеальных понятий, и, как следствие, признания идеального начала - Бога.
Осмысление научной картины мира в русле Православного богословия «…помогает непредубеждённому человеку увидеть, - пишет профессор А.И. Осипов, - что признание бытия Бога есть не плод фантазии человеческого сознания, но единственно логически оправданный постулат в разрешении вопроса о смысле человеческой и мировой жизни».
Божественное Откровение и основанное на нём Православное мировоззрение всегда будут путеводной звездой для людей, ищущих Истину через естественное откровение природы.
Список литературы
1. Библия. Книги Священного Писания Ветхого и Нового Завета. - М.: Изд. Московской Патриархии, 1990. - 1373 с.
2. Василий Великий, святитель. Творения иже во святых отца нашего Василия Великого архиепископа Кесарии Каппадокийской: В 5 т. Т1. Ч1. - Свято-Троицкая Сергиева Лавра. 1900 г. Репринтное издание. - М., 1991. -345 с.
. Иоанн Дамаскин, преподобный. Точное изложение Православной веры. Кн.1. - СПб., 1894. Репринтное издание. - М.: Братство святителя Алексия - Ростов-на-Дону: Изд-во «Приазовский край», 1992. - 446 с.
. Акимов Л.Е., Шипов Г.И. Торсионные поля и их экспериментальные применения. Препринт № 4. Международный институт теоретической и прикладной физики Российской Академии Естественных Наук, - М., 1995. - 31 с.
. Барбур Иен. Религия и наука: история и современность / Пер. с англ. А. Федочука, под ред. А. Бодрова и А.Киселева. - СПб.: Библейско-богословский институт им. св. апостола Андрея, 2000. - 430 с.
. Белокуров В.В., Тимофеевская О.Д., Хрусталев О.А. Квантовая телепортация - обыкновенное чудо <javascript:book(3,256,'В.В.Белокуров,%20О.Д.Тимофеевская,%20О.А.Хрусталев.%20Квантовая%20телепортация%20-%20обыкновенное%20чудо',0);>. - Ижевск: НИЦ «Регулярная хаотическая динамика», 2000. - 256 с.
. Бройль де Луи. Соотношение неопределённостей Гейзенберга и вероятностная интерпретация теории относительности. Пер. с франц. канд. физ.-мат. наук Н.В. Самсоненко. Под ред. Г.З. Зайцева. - М.: Мир., 1986. - 336 с.
. Гейзенберг В. Физика и философия. Часть и целое / Пер. с нем. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1989. - 400 с.
. Глейк Дж. Хаос: Создание новой науки / Пер. с англ. М. Нахмансона, Е. Барашковой. - СПб.: Амфора, 2001. - 398 с.
. Гоманьков В.И. Возникновение Вселенной//Той повеле, и создашася. - Клин: Фонд «Христианская жизнь», 1999. - С. 189-208. - (Серия: Православие сегодня. Современные учёные о сотворении мира).
. Давыденков Олег, иерей. Догматическое богословие. Курс лекций. В 3 ч. Ч.III. - М.: Православный Свято-Тихоновский Богословский Институт, 1997. - 292 с.
. В.П. Демуцкий, Р.В. Половин. Концептуальные вопросы квантовой механики / Успехи физических наук. - 1992. -№10, Т.162. - С.93-180.
. Долгов А.Д. Космология ранней Вселенной //Долгов А.Д., Зельдович Я.Б., М.В. Сажин. - М.: Изд-во Моск. ун-та, 1988. - 199 с.
. Захаров Михаил, протоиерей. Христианство и наука о происхождении Вселенной //Сб. "Христианство и наука" (Рождественские чтения - 2003). - М.: Изд-во Московской патриархии, 2003. - С. 318-340.
. Зельдович Я.Б. Космология и ранняя Вселенная / Хокинг С., Израэль В. Общая теория относительности. // Пер. с анл. Я.А. Смородинского, Б.В. Брагинского. - М.: Мир, 1983. С.199. - 464 с.
. Зеньковский В., протоиерей, проф. Основы Христианской философии. Т.II. Христианское учение о мире. - Париж, 1970. - 187 с.
. Кадомцев Б.Б., Кадомцев М.Б. Коллапсы волновых функций // Успехи физических наук. - 1996, -№6, Том 166. - С. 651-659.
. Копейкин Кирилл, протоиерей. Богословский и естественнонаучный взгляд на природу // Сб. "Христианство и наука" (Рождественские чтения - 2003). М.: Изд-во Московской патриархии, 2003. - С.40-93.
. Кречет В.Г. Фундаментальная физика и богословие //Сб. "Христианство и наука" (Рождественские чтения - 2003). - М.: Изд-во Московской патриархии, 2003. - С.277-288.
. Ландау Л.Д., Лившиц Е.М. Теоретическая физика: Учебное пособие: В 10 т. - М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1988. - Т.II: Теория поля. - 7-е изд., испр.- 512 с.
. Лосский В.Н. Очерк мистического богословия Восточной Церкви. Догматическое богословие. М., 1991. - 288 с.
. Нейман И. Фон Математические основы квантовой механики / Пер. с нем. М.К. Поливанова и Б.М. Степанова; под ред. Н.Н. Боголюбова. - М.: «Наука», 1964. - 368 с.
. Осипов А.И. Путь разума в поисках истины. (Основное богословие). - М.: Изд-во братства во имя св. блгв. кн. Александра Невского, 1999. - 384 с.
. Первушин В.Н. Наука и богословие //Сб. "Христианство и наука" (Рождественские чтения - 2003). - М.: Изд-во Московской патриархии, 2003. -С.31-39.
. Пригожин И. Введение в термодинамику необратимых процессов <javascript:book(9,160,0);>. - Ижевск: НИЦ «Регулярная хаотическая динамика», 2001. - 160 с.
. Пригожин И. Конец определённости. Время, хаос и новые законы природы. - Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика». 2000. - 208 с.
. Пригожин И., Стенгерс И. Время, хаос, квант. К решению парадокса времени. / Пер. с англ. - М.: Эдиториал УРСС, 2000. - 240 с.
. Розенталь И.Л. Элементарные частицы и космология (Метагалактика и Вселенная)//Успехи физических наук. - 1997. -№8, Том 167.- С.801-912.
. Рьюз М. Наука религия: по-прежнему война? // Вопросы философии. - 1991. -№2.- С.39-42.
. Святоотеческая хрестоматия // Сост. Николай Благоразумов, протоиерей. - М.: Круг чтения, 2001. - 687 с.
. Стивен Хокинг. Краткая история времени от большого взрыва до чёрных дыр / Пер. с англ. Н. Смородинской. - СПб.: Амфора, 2000. - 286 с.
. Стоугер Р. Уильям. Ключевые стадии развития физики при взаимодействии с философией и теологией //Сб. научных статей: Религия и наука: История, метод, диалог / Пер. с англ. Говоровой Ю.В., Усова А.С. - Архангельск: Поморский государственный университет им. М.В. Ломоносова, 2001. - С.143-156.
. Тайнов Э.А. Трансцедентальное. Очерк православной метафизики. - 2-е изд, испр. и доп. - М.: Мартис-Пресс, 2002. - 216 с.
. Трейман С. Этот странный квантовый мир. - Ижевск: НИЦ «Регулярная хаотическая динамика», 2002. - 224 с.
. Уиллер Дж. Гравитация, нейтрино и Вселенная. - М.: Наука, 1962. - 315с.
. Флоровский Георгий, протоиерей. Восточные отцы IV века. - Репр. изд. Париж, 1931. - М., 1992. - 240 с.
. Хакен Г. Тайны природы. Синергетика: учение о взаимодействии. - Москва-Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2003. - 315 с.
. Хокинг Стивен. Краткая история времени от большого взрыва до чёрных дыр / Пер с англ. Н. Смородинской. - СПб.: Амфора, 2000. - 286 с.
. Хокинг С., Пенроуз Р. Природа пространства и времени <javascript:book(4,160,0);>. - Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2000. - 160 с.
. Шрёдингер Э. Лекции по физике. - Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2001. - 160 с.
. Шредингер Э. Мое мировоззрение//Вопросы философии.- 1994. -№9. - С.70-76.
. Hugh Ross. Astronomical Evidences for a personal, Transcendental God//The Creation hypothesis. Scientific Evidence for an Intelligen Disiner. J.P. Moreland, editor, roreword by Phillipe Johnson. 1994. - P. 141-172.
. Nancy R. Pearcey and Charles B. Thaxton. The Soul of Science: Christian Faith and Natural Philosophy. 1984 by International Bible Society. - 298 p.