Философия на природата и квантова физика

Философията на природата може да бъде определена като специфичен поглед върху материята, пространството и времето, върху осезаемата реалност. Исторически науката и философията на природата са толкова тясно свързани, че раждането на съвременната наука прилича на раздяла след дълъг брак. С развитието на науката аристотелианската картина на света започва да се руши. Откритията на Коперник и Галилей показват, че космологичната система на Аристотел е погрешна. Теорията му за зависимостта на скоростта на падането на телата от тежестта им е експериментално опровергана. Доколкото физиката на Аристотел е свързана и с философията на природата, учените отхвърлят и едната, и другата. Приема се, че всички процеси в света могат да бъдат изразени изцяло чрез математически формули. Аргументите са изглеждали толкова силни, а направените открития – така убедителни, че философите се съгласяват, че свойствата на нещата, изучавани във философията на природата, не ни позволяват да получим някакво ценно познание за материалната действителност. Обективно е само онова, което може да бъде проверено и измерено. Онова, което не отговаря на този критерий, следва да бъде отнесено към областта на субективното. Въпросът как е бил заменен от въпроса какво или защо.

Съвременната наука не проявява особена търпимост спрямо философската традиция, сковавала я продължително чрез фрагментите, останали от гръцката наука. Разкъсвайки връзките с науката на миналото, учените в същото време отхвърлят и философията, с която тази наука е била свързана. Учените нямат нужда от философия на природата, за да разработват наука. Тя се превръща в единствения истинен метод за познание и философията на природата е дискредитирана. Философията на природата е премахната от областта на научното изследване. Това се отразява и върху метафизичните основания на науката, и върху принципите, върху които се е градила при изучаването на природата.

И все пак стремителното развитие на теоретичната физика през 20 в., и особено на дялове като квантовата механика, стремежът да бъдат осмислени научните данни и осъзнаването за ограничеността на научното познание за света, отново довеждат до подновяване на интереса към философията на природата. Норберт Люйтен отбелязва: „Философията на природата се занимава с познанието за нещата, докато науката обезпечава само функционалното им разбиране. Ако спонтанният опит за вещите като отправна точка за философската рефлексия бъде отхвърлен, следва да подложим на съмнение цялото съществуващо знание, което ще ни доведе до скептицизма. Целта на философията на природата е да бъде постигнато разумното познание за нещата – познание, което се различава от функционалното разбиране, давано от науките.”[1]

В последно време отделни учени започнаха да говорят за възникването на нова парадигма, нов начин на мислене, от гледна точка на които светът не е самодостатъчен или самообясним – съществува някаква тайна извън квантовия свят на елементарните частици. Науката не може да даде абсолютното обяснение на реалността. Двадесети век откри ограничеността на научния метод. Още Ервин Шрьодингер твърди, че частиците са само символи и съвсем спокойно можем да минем и без тях.[2] Според Карл Попър научните теории са човешко изобретение. Те приличат на мрежа, с чиято помощ се опитваме да разберем света, а не на фотографска снимка. Още повече че през цялото време трябва да бъдат коригирани. Не е учудващо, дето някои учени смятат, че извън границите на разширяващата се Вселена и развиващия се живот съществува източник на битие и енергия, чиито следи успяваме смътно да различим. Този възглед е резултат от осъзнаването на ограниченията, налагани върху разбиранията ни от неотстранимата неопределеност на квантовата физика, от пределната недостъпност на материалната реалност, както и от наблюдаването на някои феномени, невписващи се в рамките на стандартните концепции.

Още в началото на 20 в. двама водещи философи – Бергсон и Хусерл, посочват относителната значимост на научното знание за природата. Откриването на енергията на кванта, формулирането на специалната и на общата теория на относителността и раждането на квантовата физика стават причина за отпадането на класическата теория на пространството, на детерминизма. Някои учени дори започнаха да говорят за атомите и частиците като за символни представи, а не като за вещи. Днес сред философите на науката вече е почти всеобща убедеността, че научните теории всеки път представляват хипотетични модели за обяснение на явленията: „Те ни дават образ на света с помощта на определени твърдения, които са основани не само на наблюдаваните факти, но са продукт и на въображението”.[3]

Дейвид Бом въвежда концепцията за целостността при разглеждането на нелокалния аспект на елементарната материя: „Тази холистична интерпретация разглежда електроните не като отделни независими частици, но като елементи от глобална ситуация; те разкриват информация, достигаща до тях от цялото”.[4] Според други научни хипотези фундаменталната реалност на материалните вещи не е изградена от частици, а от струни, в които материалните субстанции се заменят от функции. И все пак, както отбелязва Додс, „различните обяснения се отнасят винаги само за един аспект на материята, но всеобхватна теория никога няма да бъде постигната”.[5]

До средата на 20 в. се приемаше, че протоните, неутроните и електроните са неделими, че са основните „тухлички” на блоковете материя. Впрочем, в резултат на експериментите в ускорителите на високи енергии през 1950-1960 г. бяха открити много други видове частици, също притежаващи маса, заряд и спин. По-нататъшните изследвания накараха учените да предположат съществуването на кварките, още по-малки елементи, от които са съставени елементарните частици. Техните свойства обаче са такива, че те не могат да съществуват самостоятелно.[6] Например протонът е съставен от три кварка, но за да бъдат отделени един от друг, е нужна голяма енергия, в резултат на което се появяват нови кварки и нови протони, други частици. Както отбелязва Йън Барбър, „кварките са частици, които по всяка вероятност могат да съществуват само в рамките на цялото”.[7]

Ако разгледаме атома на хелия, класическата физика виждаше в него отделни компоненти: ядро, съставено от два протона и два неутрона, около което се въртят електрони. Обаче квантовата теория вижда същия този атом като цяло, в което не съществуват различими части. Вълновата функция на атома не е сбор от вълновите функции на елементарните частици, включени в него. Според принципа на Паули, определящ таблицата на химическите елементи, два електрона в атом не могат да имат еднакво енергетично състояние: „Свързаният електрон е състояние на системата, а не независима единица”.[8]

Същата зависимост на частите от цялото се наблюдава и на по-високо ниво: енергийното състояние на атомите в кристалната решетка, груповото взаимодействие на магнитните домени при охлаждането на металите, „кооперативното” поведение на електроните при свръхпроводимост. Тук законът на системата не може да бъде изведен от законите на съставните ѝ. „Съществуването на всеки обект се определя от неговите взаимодействия с други и от участието му в по-общи системи. Без тези холистични квантови явления няма да има нито химически свойства… нито ядрена енергия, нито живот”.[9]

И все пак въпросът не е там, че науката разкри материалната цялост и съответно недостатъците на редукционисткия възглед за света, а по какъв начин да бъде обяснена тази цялост. Майкъл Додс от университета „Нотр Дам” смята, че за тази цел трябва да се върнем към аристотеловото понятие за първоматерията и субстанциалната форма.[10] Използвайки аристотеловото понятие за субстанциална форма, твърди той, можем по-добре да обясним битието и активността на цялото и да отговорим защо частите могат да действат вътре в цялото по по-различен начин, отколкото когато са изолирани.

Всеки фундаментален компонент, за който говорим – независимо дали кварки, електрони, атоми, молекули или живи клетки – е способен непрестанно да се променя и да се превръща в нещо различно. Кварките, възможността за отделно съществуване на които и до днес остава под въпрос, могат да се превръщат в протони или в други частици. Електронът може да бъде част от атома, атомът – елемент от съединение, клетката, съществуваща като част от кучето, престава да бъде куче и става нещо друго, когато бъде отделена от този организъм. Додс заключава: „Ако всички тези субстанции са съставени от други субстанции, следователно трябва да има друг по-фундаментален принцип, който се запазва при тези промени”.[11] Уилям Уолъс описва това като „радикална неопределеност в корена на всички естествени промени”.[12]

Както пише Стивън Балднър, във философията на Аристотел под първоматерия се разбира нещо съществено различно от онова, което учените наричат материя.[13] „Materia prima не е самият материал, който съществува, а факторът, благодарение на който вещите се появяват като тела; това не е битие, нито е небитие, а компонент от материалната субстанция, обясняващ тяхната изменяемост. Чрез концепцията за първоматерията преминаваме към най-дълбоките равнища на реалността. Ценността ѝ се състои в това, че обяснява субстанциалните промени в света”.[14] Аристотел говори за нея като за пределен материален компонент на естествените същности или протоматерия. Той я описва като непосредствен материален субстрат на вещите, носещ в себе си принципа на движението или промяната.[15]

Понятието за субстанциална форма може да бъде използвано и в някои примери за причинност, разкрити от съвременната наука. С помощта на категориите на аристотеловата метафизика може да бъде разбрано защо частта е способна да се държи вътре в цялото по друг начин, отколкото в изолация. Ако протоните, неутроните и електроните в атома на натрия, например, действат по един начин в неговия състав и по друг – отделно от него, това става, защото всеки атом съществува не просто като елементарна частица, но и като натрий. Уилям Уолъс казва: „Всеки (атом) е интегрален елемент от цялата субстанция: както поведението на електрона в атома на натрия се диктува не от формата на електрона, както съществува той извън атома, но от единната форма на натрия, така и поведението на неутрона в, да кажем, капковия модел на ядрото се определя не от формата на неутрона, както съществува извън атома, а от формата на натрия. С други думи, природата на натрия е такава, че специфичната форма на този елемент наистина информира протоматерията по специфичен начин като структура от неговите компоненти – ядро, съставните му, орбиталните електрони – като интегрално цяло, реагиращо по начини, характерни за натрия, спрямо различните външни въздействия”.[16]

Също и 17 протона, 18 или 20 неутрона и 17 електрона в атома на хлора не действат като 52 или 54 несвързани частици, а като едно цяло в съответствие със субстанциалната форма: отличителното свойство на хлора не е неговият материален състав, а по-скоро начинът, според който са разположени компонентите му. Обаче, както отбелязва Додс, „тук се разбира не просто структурното или изкуственото им разположение; по-скоро се има предвид динамичното единство, определящо поведението на всеки компонент от атома не като независима природа, а като част от хлора”.[17] „Обединяващата или стабилизираща форма придава специфичната идентичност на елемента и така конституира естествената ѝ субстанция в нейните собствени параметри”.[18]

Атомната теория е разработена според философията на материалистичния механицизъм. От гледна точка на физиката обаче не съществува никаква необходимост да се придържаме към материалистичния светоглед. Данните на съвременната наука се съгласуват повече с концепциите на Платон и Аристотел, отколкото с Демокрит и Левкип. Атомната структура, определени части от която наблюдават учените, не е най-дълбокият слой на вещта и не определя нейната същност. Тя много добре обяснява определени свойства и притежава функционално значение, но не ни дава знание за същността на материалните вещи. Лео Елдърс говори за необходимостта от прилагане на аристотеловите категории, позовавайки се на осмислянето на квантовата механика, разработено от Вернер Хайзенберг.

За Хайзенберг неопределеността е свойство на природата. Той възстановява аристотелианската терминология за потенция и акт: „Всичко, което наблюдаваме в света на явленията, – е казвал Аристотел – само по себе си представлява оформена материя”.[19] Материята, следователно, е реалност не сама по себе си, а представлява само възможност, потенция, тя съществува единствено благодарение на формата. Според Аристотел материята не е определено вещество като въздух, вода, огън или дори пространство; тя е нещо, което благодарение на формата може да се актуализира. Сферата на атомите е сфера на възможностите, казва Хайзенберг. Бъдещото събитие не е решено, докато не се е реализирал един от диапазоните на възможното. Когато ученият използва измервателни прибори спрямо атомна система, той принуждава конкретния резултат да възникне актуално от онова, което дотогава е било само неясна област от възможности. Той пише: „Преходът от възможност към действителност се извършва по време на акта на наблюдението”.[20]

Цялостното превръщане на елементарните частици в енергия и обратно кара Хайзенберг да вижда в първоматерията на Аристотел енергията в съвременната физика: „По такъв начин енергията трябва да бъде разглеждана като основна субстанция, първоматерия. Практически тя притежава същностното свойство на субстанцията: тя се съхранява”.[21] Благодарение на енергията се актуализира частицата, благодарение на нея в света съществуват промени в състоянията.

Едновременното съществуване на частиците като частици и енергия за Хайзенберг е неоспоримо доказателство за единството на материята: „Всички елементарни частици са „направени” от една и съща субстанция, от един и същ материал, който можем да наречем енергия, или универсална материя; те са само различните форми, в които материята може да се прояви”.[22] Уравнението на Шрьодингер, което Хайзенберг определя като „математическото уравнение за цялата материя”,[23] има собствени решения – вълновите функции, които са елементарни частици. Затова Хайзенберг е съгласен с Питагор, който е казвал, че всички вещи са числа. За него „всички елементарни частици в крайна сметка са математически форми, само че с много по-сложна и абстрактна природа”.[24] Те са първообразите, идеите на материята, от които се определя всичко случващо се.[25] Трябва да се отбележи, че не всички философи са съгласни с Хайзенберг при отъждествяването на първоматерията на Аристотел с енергията във физиката. Първоматерията на Аристотел е още по-идеална, отколкото дори енергията, тя е чиста потенция. Уилям Уолъс пише: „Протоматерията е пределен субстрат, основна потенция, поставена в основата на работата на природата”.[26] Протоматерията се превръща в реална вещ благодарение на субстанциалната форма.

Квантовата механика постави проблема за реалистичния възглед за света. Изследователи като Волфганг Смит,[27] Милош Лукашичек[28] и Джеймс Ерей разработват реалистическата интерпретация на квантовата механика, използвайки категориите на аристотеловата метафизика. В по-късните наблюдения на квантофизичните процеси, свързани с т. нар. нелокална връзка, се забелязва дълбинна реалност, която по някакъв начин контролира поведението на частиците, наблюдавани в дадени експерименти: частиците взаимодействат помежду си със скорост, надхвърляща скоростта на светлината; частици, които вече са имали взаимодействие, остават неразделни чрез връзка, която не е нито материална, нито енергийна. Джеймс Ерей отбелязва: „Теоремата на Бел доказва съществуването на невидима, дълбинно нелокална реалност. Откритието му може да бъде определено като най-важното достижение в изследването на реалността след създаването на квантовата теория”.[29]

Въвеждането на категориите на аристотеловата метафизика при осмислянето на научните резултати въобще не е подценяване на науката. Философията на природата обаче дава онтологично основание за същестуването на цялото. Майкъл Додс заключава: „Ако не се страхуваме да използваме старите понятия, можем да кажем, че единството (на цялото) е гарантирано от формата в дълбокия аристотелиански смисъл на тази концепция, която в същото време е и онтологичен критерий за специфичността, фактор за организацията, и за функционалната, и за окончателната съгласуваност”.[30] Интердисциплинарното значение на философията на природата според Елдърс е там, че тя трябва да анализира онова, което наблюдаваме: „Тя има задачата да критикува твърденията на съвременните учени и опитите да бъдат отхвърлени замисълът и уникалната роля на човека в света. Тук е необходимостта от философията на природата – тя е анализ и осмисляне на това, което наблюдаваме, и може да ни даде цялостно разбиране за света, в който живеем”.[31]

Превод: Марио Коев