Новини освіти і науки:

G+

Тлумачний словник
Авто
Автоматизація
Архітектура
Астрономія
Аудит
Біологія
Будівництво
Бухгалтерія
Винахідництво
Виробництво
Військова справа
Генетика
Географія
Геологія
Господарство
Держава
Дім
Екологія
Економетрика
Економіка
Електроніка
Журналістика та ЗМІ
Зв'язок
Іноземні мови
Інформатика
Історія
Комп'ютери
Креслення
Кулінарія
Культура
Лексикологія
Література
Логіка
Маркетинг
Математика
Машинобудування
Медицина
Менеджмент
Метали і Зварювання
Механіка
Мистецтво
Музика
Населення
Освіта
Охорона безпеки життя
Охорона Праці
Педагогіка
Політика
Право
Програмування
Промисловість
Психологія
Радіо
Регилия
Соціологія
Спорт
Стандартизація
Технології
Торгівля
Туризм
Фізика
Фізіологія
Філософія
Фінанси
Хімія
Юриспунденкция

Детермінації в сучасному природознавстві

В філософії та методології науки категорія детермінація розглядається як взаємодія подій, процесів та явищ в оточуючому світі з виявленням та узагальненням існуючої при цьому сукупності обумовлених взаємовідносин, таких як чинник (причина) та дія (наслідок), сутності та явище, аргумент та функція, поодиноке та узагальнене, закономірно необхідне та випадкове, дійсне та можливе і т.п.

Детермінізм – філософське вчення про детермінацію, про всеузагальнений об’єктивний закономірний взаємозв’язок та взаємообумовленість всіх явищ дійсності.

Індетермінізм (філософський або природно-науковий) повністю або частково заперечує об’єктивну взаємообумовленість процесів та явищ, існування причинно-наслідкових зв’язків. Засновники індетермінізму І.Кант, Д.Юм та прихильники сучасного індетермінізму вважають, що раціональні форми детермінації позбавлені всеузагальненості та необхідності, емпіричної змістовності та достовірності, тобто не є об’єктивно-змістовними.

Не важко переконатися що саме детермінізм у порівнянні з індетермінізмом має такі безсумнівні переваги як пояснювальність та можливість прогнозування. В залежності від видів детермінації в різних проявах природи (неорганічний, органічний чи соціальний) та від рівня розвитку відповідних їм наук існують і відповідні різновидності детермінізму, різні детерміністські концепції.

В сучасному природознавстві найбільш повно представлена детермінація у варіанті причинно-наслідкової обумовленості поміж явищами неживої природи. Саме причинна обумовленість (детермінація) у посткласичній філософії науки досягла кількісно-сутнього опису у вигляді певних функціональних залежностей, в той час як інші види детермінації поки що розглядаються здебільшого на якісно-описовому рівні.

Слід зазначити, що будь-яка детермінація (з наведеного їх переліку або поза ним) є поодинокою та обмеженою лише в межах цього переліку, але разом з цим будь-яка з наведених детермінацій (як вид взаємообумовлених відносин між будь-якими явищами оточуючого світу) є безмежно все узагальненою. „Наприклад, загальне та поодиноке пов’язані не так, як причина та наслідок, або зміст та форма і тому зв’язки поміж загальним та поодиноким не можуть охопити або підмінити собою зв’язки поміж причиною та наслідком або змістом та формою. Проте, в зв’язках поміж причиною та наслідком, змістом та формою завжди є сторона, яка охоплює взаємозв’язок поміж загальним та поодиноким” [10].

У випадку причинно-наслідкової детермінації (обумовленості) в якості причини будь-якого наслідку (явища, процесу, події) розглядається не лише сукупність необхідних та достатніх умов, але й необхідна умова, врахування якої в доповненні до вже існуючих умов призводить до наслідку.

Розрізняють слабку причинну залежність, яка здебільшого спостерігається в природних умовах та сильну причинну залежність і яка має місце в лабораторних умовах або наближених до них. Сильній причинній залежності відповідають динамічні закони, які визначають однозначну залежність поміж вихідними даними (початковими умовами) та кінцевим результатом. Слабкій причинній залежності відповідають статистично-ймовірнісні (стохастичні) закони, які фіксують багатозначну залежність поміж вихідними даними та кінцевим результатом [8].

В сучасній філософії науки відносно вчення про детермінацію існують три методологічні концепції, в контексті кожної з яких використовуються категорії необхідності та випадковості, причому питома вага, роль кожної з цих двох категорій оцінюються в трьох існуючих концепціях детермінізму по-різному.

Зачинателем першої з цих концепцій був Демокріт, ідеї якого набули розвитку завдяки І.Ньютону та П.Лапласу. Вказана концепція детермінізму набула вирішального визнання в класичній механіці, при розгляді замкнених ізольованих систем з жорстко однозначно детермінованими процесами. „В них відношення поміж подіями А та В, а також В та С мають властивість транзитивності, і, якщо відомо, що А детермінує В, а В детермінує С, то з впевнінністю можно говорити, що А детермінує С” [8]. При цьому провідну роль відіграє категорія необхідності, яка впевнено торує свій шлях до кінцевої мети через множину можливих випадковостей, відводячи їм другорядну роль.

Таким чином, концепція динамічного детермінізму, ґрунтується на сильній причинній залежності, передбачаючи відповідну фундаментальну закономірність динамічного типу (класична механіка, механіка суцільних середовищ, термодинаміка замкнених рівноважних систем, електродинаміка Максвелла, теорія гравітації). Саме динамічні закономірності у вигляді відповідних диференціальних рівнянь відображають жорстку однозначну обумовленість змін одних елементів (величин, параметрів) іншими елементами і надають змогу передбачити послідовність подальших змін, подій з часом за умови однозначного визначення стану системи в попередній час (початкових умов). Отже, будь-які два випробування за однакових початкових умов завжди призводять до одного й того кінцевого стану окремого об’єкту або системи, до одного й того ж підсумкового результату. Відтак наявність динамічної закономірності існування замкненої системи забезпечує можливість її керування.

Повністю протилежною (відносно розглянутої концепції динамічного детермінізму) є методологічна концепція, започаткована Епікуром і розвинута К.П.Сартром, К.Поппером та П.Фейєрбендом. Осердям цієї концепції є повна відмова від існування будь-якої узагальненої закономірності подій або явищ, в першу чергу, суспільних. Чинником будь-яких подій при цьому є випадковість, яка відіграє вирішальну роль. Зокрема, будь-яка система на протязі її історичного розвитку досягає в певний час точок (пунктів) біфуркації (роздвоєння), де вона стає нестабільною, хаотичною, повністю непередбачуваною відносно її подальшої траєкторії. Саме в пунктах біфуркації „…транзитивність відношень поміж елементами А, В та С повністю відсутня. Щонайменший вплив на неї в такій точці, навіть дія окремої обраної особи, може суттєву змінити структуру системи, і вона набуває неочікувані якості. Природно, що рішення в точках біфуркації не мають раціональних підстав і лише за випадковості можуть бути ефективними” [8].

І лише третя методологічна концепція детермінізму, запропонована Г.В.Ф.Гегелем поєднує, синтезує такі категорії, як необхідність та випадковість, розглядаючи їх у нерозривному взаємозв’язку, тобто вважаючи їх не лише рівнозначним, але й навіть в певній мірі тотожними на підставі того, що випадкове необхідне в такій же мірі, як необхідне випадкове.

Слід підкреслити, що в сучасній філософії науки не досягнуте поки що однозначне трактування категорій необхідності та випадковості, хоча саме сукупність цих двох категорій є підгрунттям всіх трьох наведених методологічних концепцій, моделей детермінізму.

В основі філософії природи за Гегелем лежить якісна відміна поміж поведінкою простих замкнено-ізольованих систем та еволюцією складних систем глобального характеру, які є предметом аналізу синенергетики, тобто пізнання та з’ясування природи ускладненого, принципів організації та еволюції складних систем (від термодинаміки відкритих нерівноважних систем до процесів еволюції людського суспільства).

Кожна з таких складних систем „…здатна перетерплювати значну кількість біфуркації і має надзвичайно високу чутливість щодо випадкових впливів (флуктуацій). Після виходу з точки біфуркації, система набуває стабільності, а отже, і керованості на деякий час. Проте передбачення відносно подальшого розвитку системи завжди ризиковані, а прийняття рішень на їх підставі пов’язане з готовністю їх зміни у відповідності з обставинами, що склалися” [8]. Саме уявленням та підходам синенергетики в найбільшій мірі відповідає варіант розв’язання проблеми детермінації, запропонований Гегелем.

В природознавстві одним з найважливіших та найбільш узагальнених принципів є принцип причинності або принцип взаємної обумовленості всіх існуючих станів матерії, який не лише свідчить про те, що всі фізичні явища матеріального світу є наслідком дії інших явищ, але й визначає можливі межі (границі) взаємного впливу цих явищ чи подій.Згідно принципу причинності забороняється, вилучається, є неможливим вплив існуючого явища або події на будь-які минулі явища (події).

Створення та обґрунтування будь-якої нової фундаментальної фізичної теорії (теорії відносності, квантової механіки та ін.) неминуче супроводжується певним уточненням поняття причинності та відповідного принципу причинності. Більше того, сама категорія причинності є вирішальним осердям не лише фізичного принципу причинності, але й детермінізму, тобто філософського вчення про об’єктивний закономірний взаємозв’язок та взаємообумовленість явищ не лише матеріального, але й духовного світу.

Прихильники індетермінізму відмовляються від визнання причинності взагалі або хоча б визнання її узагальненості, можливості застосування для фізики мікросвіту. При цьому вони ототожнюють узагальнений фізичний принцип причинності з його окремим проявом, а саме механістичним або динамічним детермінізмом, згідно з яким на підставі диференціальних рівнянь руху будь-яких об’єктів (законів класичної механіки Ньютона) можна передбачити однозначно їх поведінку в майбутньому за умови наявності початкових умов (координат х, y, z та проекцій швидкості v_x, v_y, v_z) в момент t₀.

Правомірність принципу причинності в класичній фізиці макросвіту переконливо доведена багаторічним досвідом людства. Фізичний зміст класичного принципу детермінізму полягає в тому, що будь-який подальший в часі стан фізичної макросистеми є наслідком її попереднього стану, який є не лише необхідною, але й цілком достатньою підставою існування її подальшого стану.

В сучасній квантовій фізиці мікросвіту (атома, ядра та елементарних частинок) зберігається загальний зміст причинності, як зумовленості в часі певних станів фізичної матерії, але з обов’язковим уточненням відносно того, що „…визначення стану системи в будь-яку мить означає в той же час досягнення максимуму щодо ситуації, в якій знаходиться система в задану мить…” [12]. В квантовій фізиці потрібен радикально інший підхід для визначення стану квантової мікросистеми (атома, ядра) чи окремого квантового мікрооб’єкта. Більше того, саме поняття фізичного стану набуває принципового нового тлумачення за своїм змістом.

До квантових мікрооб’єктів чи квантових систем, внаслідок їх корпускулярно-хвильової природи, не можливе застосування принципу причинності в тому ж вигляді, що й в класичній механіці (механічного детермінізму).

Найбільш повну інформацію про стан мікрооб’єкта в квантовій механіці надає відповідна йому хвильова функція , яка є рішенням основного рівняння квантової механіки – рівняння Шредінгера. Фізична суть – функції полягає в тому, що квадрат її модуля визначає ймовірність отримання інформації про просторове розташування квантового мікрооб’єкту. При цьому рівняння Шредінгера дає змогу однозначно визначати за початковими значеннями хвильової функції в момент t₀ її подальші значення в момент t > t₀. Отже, у повній відповідності з вимогами принципу причинності, стан квантової системи чи квантового мікрооб’єкта, визначений у початкову мить t₀ згідно , однозначно зумовлює їх подальший стан для t > t₀.

Суттєва відмінність полягає в тому, що рівняння Шредінгера фіксує однозначний зв’язок не самих подій (явищ), а потенціальних ймовірностей або можливостей існування тих чи інших подій (явищ). При цьому „однозначний на рівні потенціальних можливостей зв’язок виявляється ймовірністю на рівні реалізованих можливостей, тобто на рівні подій, що відбулися. В цьому й полягає єдність однозначності й статистичності (ймовірного характеру) в квантовій механіці” [102].

Доцільно нагадати, що А.Ейнштейн не сприймав ймовірнісну концепцію квантової механіки, вважаючи такий підхід тимчасовим, тобто наполягав на тому, що будь-яка теорія, в тому числі й квантова механіка може вважатися повною лише за умови, якщо вона відповідає вимогам узагальненого варіанту детермінізму, тобто здатна однозначно передбачити подальшу поведінку як окремого мікрооб’єкта, так і квантової системи. Отже, квантова причинність (статистичний характер квантово-механічного опису) є подальшим закономірним узагальненням механічної причинності (детерміністського опису класичної фізики). Квантова причинність розширює уявлення відносно причинних взаємозв’язків, визначаючи на підставі хвильових функцій ймовірність станів квантових мікрооб’єктів, зберігаючи відношення поміж причиною та дією, але за умови врахування принципу невизначеності для певних пар фізичних параметрів цих об’єктів (2.10–2.17). Тому на зміну класичному детермінізму лапласівського типу, який до речі не є найбільш концентрованим вираженням причинності навіть в класичній фізиці, приходить більш узагальнений детермінізм, який передбачає об’єктивно існуючі форми взаємозв’язку явищ у вигляді співвідношень (ймовірності співвідношень, співвідношення симетрій, просторово-часові кореляції та ін.). Всі зазначені форми взаємозв’язку в остаточному вигляді утворюються на підставі узагальнено діючої причинності, тобто є узагальненим філософським поняттям причинності (взаємної обумовленості, детермінованій послідовності подій).

Нагадаємо, що принцип причинності в сучасній фізиці (фізичний детермінізм) є конкретним фізичним твердженням, більш звуженим за своїм змістом у порівнянні з філософським принципом детермінізму, який є одним з найважливіших принципів наукового світогляду, і має дотепер дві основні інтерпретації – діалектичну та метафізичну (механістичну).

Діалектична інтерпретація динамічного детерменізму розглядає його як відображення одного з можливих видів детермінації, обумовленості в природознавстві, притаманної виключно обмеженим процесам, замкнено-ізольованим від зовнішнього впливу системам.

Метафізика як філософське вчення про основи фундаментального природознавства, що спиралася на здобутки, перш за все механіки, наполягала на універсальності принципу детермінізму, тобто на тому, що будь-які існуючі види закономірностей можуть бути зведені до динамічних, тобто здатних надавати повний та однозначний опис всіх явищ оточуючої дійсності.

Сучасний фізичний детермінізм здебільшого розглядає взаємозв’язок і обумовленість фізичних явищ не лише за допомогою динамічних, але й статистичних закономірностей, які визначають різні сторони взаємозв’язку явищ.

Статистична закономірність на відміну від динамічної має ймовірний характер, оскільки ґрунтується на випадковості індивідуальних явищ з більш слабкою (у порівнянні з динамічною) причинною залежністю. Сукупність таких випадкових подій описується відповідними статистичними законами (об’єднаний розподіл Максвелла-Больцмана для сукупності молекул ідеального часу, явища переносу, розподіл квантових мікрооб’єктів у вигляді статистик Фермі Дірака або Боза-Ейнштейна і т.і.).

В квантовій фізиці мікросвіту випадковість окремих ізольованих квантових мікрооб’єктів, обумовлена згідно принципу невизначеностей їх корпускулярно-хвильовою природою, виявляється в непередбачуваності їх поведінки.

Дійсно, процес анігіляції, тобто перетворення електронно-позитронної пари у два гамма-кванти, не може бути строго детермінованим внаслідок наявності хвильової компоненти в корпускулярно-хвильовій природі квантових мікрообєктів, яка і є чинником невизначеності. Подібна невизначеність має місце і під час переходів електронів в атомі або нуклонів в ядрі з одного енергетичного стану в інший з поглинанням чи випромінюванням відповідних квантів. Саме енергія таких квантів та принцип неможливості (у варіанті принципу заборони Паулі) забезпечують детермінованість переходів, тобто чітке визначення початкового та кінцевого станів квантової системи.

Але при цьому зберігається невизначеність, яка пов’язана з миттю переходу зазначених квантових мікооб’єктів, тобто з часом їх реакції. Ця невизначеність за порядком величини не перевищує лапланківські масштаби часу, а тому має відносно ймовірнісний характер, бо саме процес переходу квантових мікрооб’єктів повністю передбачуваний.

Проте, саме творець співвідношення невизначеностей В.Гейзенберг, занадто переоцінюючи роль наведеної невизначеності, наполягав на тому, що просторово-часовий опис явищ та класичний закон причинності повинні розглядатися як два доповнювальні, але взаємовилучаючі один одного аспекти фізичних явищ. При цьому В.Гейзенберг, як прихильник позитивістської філософії щодо обов’язкової веріфіціруємості будь-яких понять теорії, цілком обгрунтовано вилучив неверіфіціруєме поняття траєкторії мікрооб’єктів в квантових системах (атомі чи ядрі). Разом з цим він не сприймав не лише атомізм Демокріта (вважаючи мікрооб’єкти геометричними платонівськими тілами), але й принцип причинності, явищ в квантовому мікросвіті, надаючи визначальну роль випадковості.

Прихильники індетермінізму непомірно перебільшують роль принципу невизначеностей як своєрідної, але еквівалентної заміни принципу причинності у сучасній фізиці, повністю ототожнюють випадковість з безпричинністю, протиставляючи закономірності одиничних подій чи явищ статистичним закономірностям.

Слід підкреслити, що випадковість завжди відігравала продуктивно-утворюючу роль у якісних змінах та закономірностях розвитку існуючого матеріального світу. При цьому причинність, зумовлена випадковістю „…виявляється не строго (класично) детерміновано, а статистично. Одна випадковість веде себе непередбачувано, тисячі випадковостей підкорюються закономірності” [16]. Отже, непередбачуваність поведінки окремих квантових мікрооб’єктів „…миттєво уступає місце передбачуваності, як тільки ми переходимо до розгляду всієї сукупності частинок в системі. Таким чином, співвідношення випадкового та закономірного визначаються … принципом доповнювальності” [12].

Ускладнення форм руху матерії, характеру взаємозв’язку фізичних явищ неминуче супроводжується відповідним ускладненням форм причинного зв’язку, уточненням поняття причинності. Квантова механіка, стверджуючи ймовірнісну причинність, переконливо доводить, що ймовірнісний характер статистичних закономірностей не відкидає існування причинного зв’язку в узагальненому філософському тлумаченні. Ймовірність як об’єктивна характеристика фізичних явищ передбачає існування причинності. „Відсутність причинності зробило б безглуздим міркування відносно ймовірності чи неймовірності виникнення явища” [21].

На зміну динамічному детермінізму в макросвіті або класичній причинності (зокрема рівнянням Ньютона в класичній механіці) в квантовому мікросвіті атома та ядра з’являється інша квантово-механічна причинність зі своїми математичними формами опису (матрична чи хвильова), які є більш узагальненими у порівнянні з законами класичної механіка чи електродинаміки, бо здатні сприймати та виділяти закономірності в хаосі випадкових явищ квантового мікросвіту.

Унікальна своєрідність квантово-механічної причинності полягає в тому, що навіть при однакових незмінних початкових умовах (незмінній необхідності) вона може оцінити лише ймовірність окремої події, факту, але при цьому цілком достовірно здатна передбачати узагальнену закономірність за умови значної кількості подій, фактів. Таким чином, квантова механіка здатна однозначно прогнозувати властивості макротіл як сукупності квантових атомних систем. Саме поняття „ймовірність” надало змогу завершити логічну схему опису квантової механіки, здійснити органічний синтез таких взаємовилучаючих понять, як випадковість та закономірність, необхідність та причинність і на підставі синтезу з’ясувати суть різновидності причинності як „квантовомеханічна причинність”.

Отже поняття причинності в квантовій механіці нерозривно взаємопов’язане з основним їїметодологічним принципом – доповнювальності, згідно з яким не лише перервність та безперервність, але й випадковість та необхідність, ймовірність та причинність являють собою не взаємовилучаючі протилежності, а взаємодоповнювальними, взаємопередбачаючими щодо один одного.

Завдяки цьому „…випадкові події, статистичні закономірності виступають як форма виявлення і доповнення динамічних закономірностей” [21], і саме так співвідношення динамічних та статистичних законів є вирішальною підставою концепції ймовірнісної причинності в квантовій механіці. Загально визнаною дотепер є точка зору, згідно з якою подальший розвиток фізики як основи природознавства буде відбуватися „…не лише шляхом радикальної зміни основних принципів та понять існуючих теорій, але й шляхом поглиблення та розвитку наших уявлень щодо причинності та просторово-часових співвідношень рухомої матерії” [21]. Доказом цього є значна кількість публікацій філософів та фізиків, в яких наводиться методологічний аналіз співвідношення динамічних та статистичних закономірностей, їх порівняльної цінності в залежності від просторово-часових характеристик матеріальних об’єктів [12, 21, 27, 40, 63, 82, 83, 102].

З принципом причинності в сучасній фізиці нерозривно пов’язана методологічна проблема можливостізастосування в просторових областях суб’ядерного масштабу (в фізиці елементарних частинок) так званого принципу мікропричинності.

Перш, ніж перейти до з’ясування суті методологічної проблеми мікропричинності, наведемо стислу характеристику цих унікальних квантових мікрооб’єктів на підставі існуючих результатів експериментальних досліджень. Дискретність будови матерії дає певні підстави для визначення елементарних частинок, як мікроскопічних специфічних форм існування матерії, які не мають внутрішньої структури, тобто існують виключно в асоційованому вигляді. Проте, гіпотеза про кварки як „сублементарні” об’єкти, що утворюють внутрішню структуру більшості „елементарних” частинок, ставить під сумнів наведене визначення. І доки ця гіпотеза про існування кварків (у відокремленому їх варіанті) не знайде відповідне експериментальне підтвердження, можна вважати термін „елементарні частинки” як досягнуту дотепер межу нескінченного роздріблення структури матерії і використовувати в якості узагальненої назви для будь-яких суб’ядерних мікрочастинок, які є квантовими релятивістськими мікрооб’єктами.

Кожна елементарна частинка має свій індивідуальний набір певних характеристик (квантових чисел), подібно тому, як електрон в атомі на підставі квантово-механічної теорії має набір чисел n, l, m, m_s. З’ясування закономірності походження набору квантових чисел елементарних частинок і є головною метою майбутньої, поки що не створеної, теорії елементарних частинок та основою задля їх системної класифікації.

Тому обмежимося у даному випадку переліком основних характеристик (наборів квантових чисел) тих елементарних частинок, існування яких доведено експериментально, бо саме експеримент дозволяє визначити те чи інше квантове число (наприклад, їх заряд або масу по кривині траєкторії частинки в магнітному полі). Кожний новий набір квантових чисел означає появу нової елементарної частинки.

Отже, будь-яка окрема елементарна частинка має індивідуальний, притаманний виключно їй, набір певних характеристик (параметрів), більшість з яких виражають відповідною сукупністю (набором) квантових чисел. До таких характеристик (набору квантових чисел) відносяться: час життя t; маса m; електричний заряд q; спін та магнітний момент; ізоспін J та його проекція J_Z; баріонний В або лептонний L заряди (числа); тип статистики; внутрішня просторова парність Р та зарядова парність С; гіперзаряд Y; чарівність та інші.

Деякі з цих характеристик для певної частини елементарних частинок наведені в додатку (табл. 2). Загальними характеристиками (зовнішніми квантовими числами) всіх виявлених елементарних частинок є середній час життя τ, маса m, електричний заряд q та спін.

Надзвичайно важливу роль в фізиці елементарних частинок відіграють закони збереження, які розподіляючись на точні та наближені, є наслідком відповідних симетрій згідно принципам симетрії, інваріантності.

До точних законів збереження, які виконуються при всіх видах фундаментальних взаємодій, відносяться 6 законів:

1) три закони збереження (енергії – маси; імпульсу та моменту імпульсу,) взаємопов’язані з симетрією простору - часу;

2) три закони збереження електричного, баріонного та лептонного зарядів (збереження квантових чисел Q, B та L).

Нагадаємо, що перші чотири з зазначених законів є фундаментальними законами класичної фізики.

До наближених законів збереження, які виявляються лише при деяких видах взаємодій елементарних частинок, відносяться ще 8 законів збереження внутрішніх квантових чисел. Наведемо їх стислий перелік:

- збереження ізотопічного спіну J або зарядова незалежність, який виконується з точністю 1 % лише при сильній взаємодії;

- збереження дивності S (DS = 0), яка має місце лише при сильній та електромагнітній взаємодії і не спостерігається при слабкій взаємодії;

- збереження чарівності b (додаткового квантового числа адронів, до складу яких входять кварки);

- збереження парності Р (DР = 0), яке не спостерігається лише при слабкій взаємодії;

- симетрія античастинок відносно сильних та електромагнітних взаємодій;

- три закони інваріантності (заміна частинок на античастинки з одночасною заміною напрямків руху лінійних або кутових швидкостей.

Будь-які перетворення елементарних частинок (розпад, зіткнення, анігіляція тощо) можуть спостерігатися за умови, що не існує заборони з боку будь-якого з наведених законів збереження (правила заборони). Це дозволяє визначати можливі варіанти тих чи інших взаємоперетворень елементарних частинок як умови їх існування. Зокрема, розпад протону , задовольняє всім наведеним законам збереження.

Більше того саме закони збереження дозволяють передбачити не тільки можливість певних варіантів перетворення елементарних частинок та їх систематику, але й існування частинок нового типу з іншим набором квантових чисел. Значна кількість елементарних частинок (нейтрино, мезони, піони тощо) були експериментально досліджені через певний проміжок часу після теоретичного передбачення реальності їх існування.

Сподіваємося, що подібний варіант виправдується і у випадку кваркової моделі адронів, створеної десятки років тому, але поки що не підтвердженою експериментально.

Описані спроби ідентифікації та певної систематики елементарних частинок зводилися до визначення відповідних, індивідуальних для кожної з цих суб’ядерних квантових мікрооб’єктів, наборів квантових чисел: „зовнішніх” (τ, m, q спін) та „внутрішніх” (L, B, I, парність P, чарівність тощо).

Досить плідною для розкриття логічної структури квантової теорії, як теорії ймовірностної причинності, є запропонована Ю.В. Сачковим ідея квантової ієрархії, згідно якій „… існуючі в квантовій теорії поняття розподіляються в своїй основі на два класи: перший клас складають так звані „безпосередньо спостережувані” в досліді величини, які розглядаються в теорії як типово випадкові (в теоретико-ймовірному сенсі); другий клас утворюють „квантові числа” (типу спіна). Перші виражають більш зовнішні характеристики мікрооб’єктів, другі – більш глибокі внутрішні властивості”.

Зазначені два рівні (з характерними для кожного з них різними властивостями та закономірностями) взаємодоповнюють один одного у повній відповідності з вимогами методологічного принципу доповнювальності. Подібна квантова ієрархія не тільки передбачає наявність внутрішньої активності квантових мікрооб’єктів, але й по суті спирається на неї.

Для визначення станів квантових мікрооб’єктів найбільш суттєве значення має інтегрально-узагальнені поняття (квантові числа) другого класу, оскільки саме вони найбільш глибоко визначають специфіку квантових процесів і фізичну суть квантових мікрооб’єктів. „Значення таких понять розкривається в залежності від їх ролі у відносно замкнених теоретичних системах: вони не просто добавляються до первісних понять цих же систем, а відображають певну упорядкованість у відношеннях поміж такими поняттями”. [82]

Еволюція поняття причинності безпосередньо пов’язана з розкриттям тих підстав, завдяки яким відбуваються процеси радикальної зміни та виникнення нових уявлень щодо матеріальної дійсності. При цьому одночасно виникає необхідність відповідного уточнення формулювання та змісту фізичного принципу причинності, його значення та можливостей застосування зокрема в просторово-часовій області суб’ядерних масштабів, тобто в фізиці елементарних частинок (релятивістській квантовій теорії).

Одним з варіантів створення єдиної теорії елементарних частинок є аксіоматичний підхід, основною метою якого є опис всіх взаємодій та взаємоперетворень елементарних частинок безпосередньо на підставі постулатів теорії відносності (інваріантності просторово-часового інтервалу), методологічних принципів квантової механіки та принципу причинності.

Нагадаємо, що пошук найбільш оптимальної сукупності принципів та постулатів (в кількісному та якісному значенні) є обов’язковою передумовою успішного вирішення певної методологічної проблеми.

Вирішально-конструктивна роль в релятивістській квантовій теорії відводиться принципу причинності, який більш доцільно називати релятивістським принципом мікроскопічної причинності (принципом мікропричинності).

На перший погляд фізичний принцип причинності, який передбачав взаємну обумовленість „точкових” подій (подій в заданий точці простору-часу), втрачає свій фізичний зміст, або порушується в фізиці елементарних частинок, де неможлива фізична реалізація точкової події, оскільки будь-яка подія взаємодії чи взаємоперетворення елементарних частинок має кінцеву протяжність в просторі-часі. Чинником цього є інваріантність просторово-часового інтервалу S₁₂, тобто обмеження швидкості розповсюдження м/с, а також необхідність перестановочності операторів, відповідних певній парі фізичних величин згідно принципу невизначеностей.

Своєрідним проявом методологічного принципу неможливості (заборони)стає умова мікропричинності, яка забороняє рух з понадсвітовими швидкостями (v > c) в нескінченно малій області простору-часу, а також виступає як вимога того, щоб фізичні величини, яким відповідають перестановочні оператори в квантовій механіці, могли бути одночасно точно визначені в будь-яких точках простору-часу.

Проведені на сучасних прискорювачах експериментальні перевірки довели, що умова мікропричинності виконується до відстаней м, (що в тисячу разів менше радіуса протона), тобто до проміжків часу .

Отже, з принципом причинності в його релятивістському мікропричинному варіанті, пов’язані теоретичні та експериментальні проблеми пошуку можливих форм його порушення або навіть неприпустимості використання його у вигляді фізичного принципу причинності у загальновизнаній дотепер формі. До цих проблем слід віднести розробку нелокальної теорії поля, експериментальні та теоретичні дослідження проблематики руху з понадсвітовими швидкостями та інші. Але найбільш важливою є методологічна проблема пошуку єдиної теорії елементарних частинок на підставі з’ясування причинно-наслідкового взаємозв’язку та взаємообумовленості елементарних частинок, враховуючи, що саме взаємоперетворення цих квантових мікрооб’єктів є формою їх існування, найбільш узагальненою основою такої єдиної теорії.

Не стала логічно замкненим варіантом опису елементарних частинок, запропонована в квантовій електродинаміці теоретична модель збурення, яка дозволяє визначати амплітуду ймовірності переходу елементарних частинок з одних станів в інші в межах електромагнітних і частково слабких взаємодій. „Сумніви викликає саме основний підхід, який вимагає прийняття множини полів відповідно кількості відомих видів „частинок”, в той час коли тісний взаємозв’язок та взаємообумовленість мікроутворень та їх взаємодій… спонукає до пошуків їх єдиної основи” [27].

Більш перспективним став метод дисперсійних співвідношень, який подібно аксіоматичному підходу ґрунтується на релятивістському принципі причинності без використання певних модельних уявлень відносно елементарних частинок. Предметом цього методу є дослідження конкретних взаємодій елементарних частинок, зокрема, розсіювання адронів, завдяки співставленню їх початкових та кінцевих станів.

Застосування дисперсійних співвідношень в фізиці елементарних частинок нерозривно пов’язане з використанням умови унітарності та перехресної симетрії, завдяки яким стало можливим представлення уявної амплітуди одного процесу через амплітуди інших процесів. Система математичних рівнянь при такому підході, охоплюючи практично всі можливі взаємодії та перетворення елементарних частинок, стає настільки широкою, що не піддається розв’язанню. Лише в окремих випадках за рахунок певних обмежень стає можливим звуження зазначеної системи рівнянь і отримання конкретних фізичних результатів. Зокрема, за допомогою методу дисперсійних співвідношень були розраховані амплітуда та повний переріз пружного розсіювання андронів, а також теоретично передбачене існування p-мезона, яке підтвердилося подальшим експериментом.

Зазначена складність математичного апарату як і гіпотетичний характер відносно всіх проміжних складових причинно-наслідкового зв’язку спричинені тим, що в фізиці елементарних частинок (на відміну від квантової механіки) стає практично неможливим виділення на рівні математичного опису будь-якої конкретної взаємодії, оскільки фізичний стан елементарної частинки функціонально залежить від кількості цих квантових мікрооб’єктів.

Якщо в квантовій механіці виділення квантових об’єктів відбувалося на підставі їх індивідуальних відмінностей, то в фізиці елементарних частинок виділення можливо на підставі своєрідних родових характеристик цих мікрооб’єктів, а саме таких, як тип взаємодії, тип симетрії та деяких інших.

Важливим є і взаємозв’язок фундаментальних взаємодій з різними типами симетрії, які зумовлюють відповідні закони збереження певних характеристик цих взаємодій, зокрема описані вище закони збереження внутрішніх квантових чисел (I, S, b, P та інших), тобто закони збереження внутрішніх симетрій.

Застосування математичного апарату теорії груп доводить, що „чим більш „слабкою” є взаємодія, тим в меншій мірі виявляються в ній внутрішні симетрії. Проте, це може означати лише відносність внеску тих чи інших властивостей „елементарної частинки” в причинну дію в залежності від умов протікання процесу” [27].

Отже, відбувається певна зміна (в тій чи іншій формі) фізичного змісту класичного принципу причинності. Причинність замінюється мікропричинністю, яка дозволяє за наявності певних умов розглядати в якості об’єкту дослідження „елементарну” причинну взаємодію.

Будь-які спроби з’ясувати механізм причинності на проміжних стадіях наукового знання про структуру матерії залишаються поки що не ефективними. Вирішальним чинником існування такої проблеми є „…причинно-наслідковий зв’язок елементарних частинок – процес взаємодії поміж ними – опосереднюванний внутрішніми станами їх структури, яка, в свою чергу, зумовлена цим процесом” [27].

Зазначена особливість елементарних частинок дозволяє віднести їх до класу нелінійних систем, тобто систем, властивості яких залежать від їх стану. Подібні нелінійні системи описуються відповідними нелінійними диференціальними рівняннями. Джерелом нелінійних ефектів, які відіграють в фізиці елементарних частинок визначальну роль, є досить складний характер взаємодій, затиснений в умовах перетворення внутрішньої структури цих квантових мікрооб’єктів.

Одним з наслідків певного варіанту нелінійної теорії квантового поля є висновок відносно теоретичної неможливості незалежного існування полів (квантів), що є додатковим підтвердженням методологічного принципу неможливості в суб’ядерних просторово-часових масштабах.

Сумніви відносно того, що нелокальність вилучає точковість подій, знімаються виконанням умов мікропричинності до просторових масштабів м, про що свідчать результати експериментальних перевірок.

Важко передбачити найбільш ефективний варіант пошуку єдиної теорії елементарних частинок, оскільки кожна з розглянутих теоретичних моделей має як свої переваги, так і недоліки, але за будь-яких умов, навіть з використанням гіпотези кварків чи інших гіпотез, теоретичних моделей, вирішальну роль буде відігравати причинно-наслідковий взаємозв’язок за умови відповідної еволюції поняття причинності, подальшого аналізу форм та шляхів конкретизації принципу причинності і взаємообумовленості цих конкретизацій.

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
	\|

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.013 сек.