Концепция измерения в неклассическом естествознании

Известно, что эксперимент является неотъемлемой частью естественно-научного познания, но лишь в неклассическом естествознании раскрываются его глубинные особенности. Смысл эксперимента состоит в том, что исследователь целенаправленно наблюдает за определенным объектом природы с помощью специальной аппаратуры. Наблюдение предназначено для сравнения результатов эксперимента с теоретическими умозаключениями.

Для наблюдения нужны приборы, которые поставляют информацию об объекте. Прежде всего, они нужны для подготовки объекта в тот вид, который позволит получить нужную для исследования информацию.

В любом специально поставленном эксперименте прибор является макроскопическим объектом, он отстранен от объекта наблюдения, служит орудием внешнего мира.

Будем считать, что прибор как макроскопический объект ассоциируется с самим исследователем, составляя с ним единое целое. В классической стратегии познания система человек + прибор расположена как бы снаружи, при этом исследователю доступны лишь внешние характеристики объекта в виде тех или иных наблюдаемых величин. Прибор можно рассматривать как канал связи между объектом и исследователем. В этом случае канал оказывается «идеальным» – он как бы абсолютно прозрачен для передачи информации о характеристиках объекта, и она передается без искажений.

В системе человек + прибор исследователю становятся подвластными внутренние характеристики состояния объекта. Они сами по себе столь чувствительны, что реагируют на любой (в том числе и мысленный) акт измерения. Процесс измерения может оказать на объект неконтролируемое воздействие, которое, с одной стороны, невозможно описать в виде точной количественной характеристики, а с другой – необходимо принимать во внимание при изучении поведения объекта. Итак, получается, что за счет прибора происходит искажение состояния объекта. Прибор перестает быть «абсолютно прозрачным» каналом связи между исследователем и объектом, то есть в нем происходит потеря части истинной информации. Поэтому серия повторных измерений дает значительное отличие значений и его появление можно охарактеризовать лишь с определенной степенью вероятности. И только в собственных состояниях можно получить строго повторяющийся результат.

Таким образом, можно сказать, что в неклассическом естествознании, фактически исследуется не объект сам по себе, а особая целостная система, состоящая из объекта и прибора. В этой связи Н. Бор всегда подчеркивал целостность процесса наблюдения в неклассической науке – ведь в ней не имеет смысла говорить о свойствах объекта вне определенного класса приборов. В формулировке В. Гейзенберга сказанное означает следующее: то, что мы экспериментально наблюдаем в неклассическом естествознании – это не сама природа, а природа, открывающаяся нам в том виде, который предусмотрен характером проводимого эксперимента (то есть – используемого прибора). Крупнейший физик-теоретик В.А. Фок сформулировал очень важный принцип, который можно назвать принципом обобщенного релятивизма научного познания: наше познание относительно к средствам измерения. Используя разные приборы, мы можем получить информацию не только о различных характеристиках объекта, но и о его состоянии. При этом, используя неадекватный прибор, можно существенно исказить состояние объекта.

Измеряемые характеристики объекта и его состояния неразрывно связаны с прибором. Понятие состояния системы можно непосредственно связать с условиями эксперимента или, как принято говорить, с той макрообстановкой (окружением), которая как раз и формируется подготавливающим прибором. Это значит, что необходимо задавать определенные начальные условия эксперимента для описания дальнейших событий, происходящих с системой.

В зависимости от условий эксперимента начальные данные относительно некоторых величин могут быть известны точно. В этом случае принято говорить, что мы имеем дело с «чистым» состоянием. Но часто бывают такие экспериментальные ситуации, в которых нет определенной информации о начальных характеристиках. Если они задаются с помощью некоторой функции распределения, то мы имеем дело уже со «смешанным» состоянием.

Чтобы добиться достоверности результатов можно не всегда проводить серию измерений. Можно сразу приготовить много идентичных объектов (как бы «копий» исходного объекта), поставить их всех в одинаковые условия и проводить измерения одновременно над всеми объектами. В этом случае говорят, что измерения проводятся над ансамблем. И полученные для ансамбля данные можно рассматривать как серию последовательных результатов, относящихся к одному объекту.

Каждую экспериментальную ситуацию всегда нужно оценивать с двух позиций: анализа условий приготовления состояния и анализа условий измерения некой физической величины в этом состоянии.

В неклассическом естествознании существует некий принципиальный запрет на одновременное точное измерение некоторых пар величин, то есть измеряя одну величину невозможно одновременно измерить еще какую-либо неизвестную величину. Такие величины называются несоизмеримыми. Это характерная особенность измерений в неклассическом естествознании.

Из выше сказанного следует, что эксперимент всегда проводится не над одной системой, а над совокупностью одинаковых систем.

Итак, прибору в неклассическом естествознании отводится чрезвычайно важная роль. Через него осуществляется связь между исследованием и природой. Однако не следует думать, что прибор – это лишь средство получения конечной информации в виде измеряемых величин. Прибор необходим в познании намного раньше, еще на стадии постановки задачи, даже в теоретической форме. При формулировке задачи исследования определяются величины, которые предполагаются известными, то есть они и являются условием задачи. Получается, что определенное состояние системы можно реализовать, если все для него подготовить, а для этого необходим прибор. Даже когда исследователь теоретически оперирует с еще не обнаруженными в эксперименте наблюдаемыми состояниями, он в первую очередь должен думать о том, чем они могут быть вызваны, а затем уже о том, в чем они себя проявят.

Прибор, который формирует состояние, является не обязательно искусственно созданной экспериментальной установкой, в роли прибора может выступать и естественная среда.

Характеристики объекта и его состояния по-своему отражают принципиальную особенность мышления в естествознании, которое неизменно опирается на эксперимент. Для объекта прибор является средством измерения, а для состояния он выступает в качестве средства приготовления условий задачи. Отсюда следует, что характеристики объекта и его состояния – это не вымысел, их нельзя воспринимать как выдумку теоретиков, эти понятия включают в себя и эксперимент, и естественно-научное мышление.