Методологическое объяснение процесса формирования НКМ.
В свете данного подхода наиболее простой формой исследования и формой знания являются эмпирическое исследование и эмпирическое знание. В НКМ эмпирическое исследование в основном представлено экспериментальными исследованиями излучения абсолютно черного тела (в частности, Луммера и Принсгейма), т.е. спектральных линий различных частот и эмпирическое знание — эмпирическими законами: Стефана- Больцмана для общего излучения, смещения Вина, и предельными — Рэлея-Джинса для больших температур и Вина для малых температур . Высшей формой развития эмпирического знания в НКМ, в частности, является феноменологическая конструкция, полученная М. Планком и обобщающая перечисленные выше интегральные эмпирические законы. Она получена "полуэмпирическим" путем, т.е. с привлечением умозрительных процедур исследования (идеализация, выбор гештальта, построение модели, замещение, генерализация и др.). Как мы знаем, обращение к умозрительным процедурам исследования вызвано возникновением на стадии эмпирического исследования эмпирического парадокса, то есть, достигнув ступени феноменологической конструкции, исследование не может дальше развиваться эмпирическими методами. Поэтому выбор М. Планком в качестве гештальта представления о статистической системе ("газ в закрытом сосуде") и последующее замещение каждой частицы элементарным осциллятором, играющего роль центра излучения (построение модели "осцилляторного газа"), не вызывает удивления, т.к. последующая универсальная генерализация этой умозрительной модели всевозможным статистическим системам с различными распределениями частот по "энергетическим ячейкам" привела его к умозрительному понятию-конструкту «квант энергии» (и фундаментальной постоянной Планка — h).
Теперь, что касается корпускулярного-волнового дуализма света А.
Эйнштейна, то он является комплексной теорией, т.е. определенной ступенью развития нефундаментального теоретического исследования НКМ. Вот почему: Эйнштейну было недостаточно для объяснения фотоэффекта рассмотрение монохроматического излучения малой плотности (в пределах применимости закона излучения Вина) в смысле теории теплоты и поэтому он привлек, т.е. выбрал квантовый закон излучения М. Планка, чтобы выдвинуть предположение о "зернистой" структуре излучения ("фотонах").Как мы знаем, дальнейшей вехой развития квантовой теории явилась модель водородного атома Н. Бора. Она представляет, с точки зрения
методологического объяснения, пример метафорической (гибридной) теории, т.к. она содержит, наряду с механическими и электромагнитными свойствами, такой парадоксальный с точки зрения классической физики момент, как квантование энергии и отсутствие излучения при движении по орбите. Появление в структуре метафорической теории парадоксов свидетельствует, что объект исследования лежит за пределами применимости старых представлений (например, ненаблюдаемых электронных орбит). В отличие от эмпирического парадокса, парадокс метафорической теории относится к числу фундаментальных, ибо он не связан с идеализацией объекта исследования, а связан с совмещением взаимоисключающих теоретических положений в предельной области, лежащей за пределами их применимости (в отличие от логических противоречий). Фундаментальный теоретический парадокс есть своеобразный сигнал, предупреждающий исследователя о том, что он должен выйти за рамки старых теоретических представлений и понятий, т.е. связан с выбором (сменой) новой теории. Стало быть, не случайно впоследствии «полуклассическая» модель атома Н.Бора названа «старой квантовой механикой» и заменена «новой квантовой механикой» Гейзенберга и Шрёдингера.
Становлению новой НКМ в волновом варианте Шрёдингера был дан толчок исследованиями JT. де Бройля. По аналогии с эйнштейновской теорией световых квантов можно утверждать, что дебройлевская концепция дуализма волны-частицы ("волн материи") является такой же комплексной теорией, как и первая.
В качестве гештальта он представил (или выбрал) волновой процесс любой природы, в котором групповую скорость фазовой волны отождествил (заместил) скоростью частицы, движущейся по лучу фазовой волны. Основанием выбора подобной умозрительной модели послужила оптико-механическая аналогия Гамильтона. Далее, путем процедуры замещения фазу некоторой волны, распространяющейся из источника во все стороны, де Бройль пришел к умозрительной модели волнообразного распространения действия. Это позволило ему ввести в формулу квант действия Планка. Вообще говоря, при проведении аналогий между эйнштейновской теорией световых квантов и дебройлевской теорией дуализма волны-частицы надо думать, что переносимым признаком из первой теории в структуру второй теории является понятие действия (и связанный с ним "квант действия"). Таким образом, корпускулярно-волновой дуализм света был перенесен на движение материальных частиц, в частности, на движение электронов, что впоследствии было блестяще подтверждено экспериментами по дифракции электронов. Следовательно, он (де Бройль) правильно полагал, что дуализм волн и частиц связан "с глубокой и скрытой природойдействия" .
Более развитыми теориями по отношению к рассмотренным выше явились матричный и волновой варианты НКМ. На наш взгляд, комплексные теории Эйнштейна и де Бройля, метафорическая теория - модель атома Н. Бора составили стадии нефундаментального теоретического и умозрительного исследования, предшествовавших фундаментальному теоретическому исследованию НКМ. Как мы знаем, последняя в своем развитии проходит четыре основные ступени: 1) теоретической программы; 2) теоретической схемы; 3) теоретической гипотезы и 4) фундаментальной теории. Прежде чем приступить к методологическому объяснению последней стадии исследования формирования НКМ, возникает необходимость сделать несколько предварительных замечаний по существу данной проблемы.
Во-первых, НКМ как фундаментальная физическая теория содержит целую систему новых неклассических (немакроскопических) теоретических понятий (конструктов) и принципов, созданных коллективными усилиями многих ученых и научных школ . Во-вторых, как мы показали, НКМ вследствие действия коллективного творчества ученых (коллективного субъекта) как бы состоит из относительно независимых друг от друга отдельных подтеорий , которые в ретроспективе создают эффект целостного (системного) развития (как последовательного перехода от более простой ступени исследования к более сложным) в рамках основной квантовой теории (парадигмы или исследовательской программы).
В-третьих, каждая из относительно независимых квантовых подтеорий, в свою очередь, проходит все основные этапы развития (эмпирический, нефундаментальный теоретический, умозрительный и фундаментальный теоретический) более развитой (зрелой) НКМ. В-четвертых, экспериментальное подтверждение каждой подтеории в целом подтверждает фундаментальную теорию (в силу их генетической и дедуктивной связи между ними).Сейчас мы остановимся только на третьем замечании, а остальные — более или менее понятны читателю из ранее изложенного нами. Приведем в качестве иллюстрации квантовую гипотезу М. Планка. Последняя будучи феноменологической конструкцией, т.е. высшей формой развития эмпирического знания, по отношению к более развитой НКМ, прошла все
стадии развития, в том числе умозрительную, в ходе которой был "изобретен" М. Планком фундаментальный конструкт НКМ "квант энергии" (и открыта фундаментальная постоянная Планка — h) . На наш взгляд, эмпирическую стадию исследования потенциально, а не актуально в исследовании Планка представляли эксперименты Луммера и Принсгейма по изучению спектров излучения абсолютно черного тела, а "нефундаментальную теоретическую" стадию — эмпирические законы Стефана-Больцмана и Вина (также потенциально-закон Рэлея-Джинса) . Говоря о "теоретической программе" квантовой гипотезы М. Планка — квантовом принципе, стоит упомянуть, что он выбран им с помощью методологических принципов: 1) простоты законов природы и 2) дискретности строения уровней материи (и материальных объектов) . А "математическая схема" — фундаментальный эмпирический закон распределения энергии спектра абсолютно черного тела был выбран М. Планком методом проб и ошибок, т.е. был им "счастливо угаданным законом" (М. Планк). Таким образом, можно предположить, что все остальные подтеории: Эйнштейна, Бора и де Бройля построены подобным же образом и в них можно проследить неявно (имплицитно) выраженные эмпирическую и нефундаментальную теоретическую стадии исследования, а также — явно умозрительную стадию, ибо она связана с формированием теоретических конструктов и принципов, положенных в основу теоретической программы будущей НКМ: квантовый принцип М.
Планка, принцип корпускулярно-волнового дуализма А. Эйнштейна, два квантовых постулата Н. Бора и принцип дуализма волны — частицы де Бройля. Следовательно, теоретическая программа НКМ — плод коллективного творчества великих физиков первой трети XX века. Что же касается фундаментального теоретического закона, теоретической схемы и гипотезы НКМ, то они рассмотрены нами несколькими страницами раньше.Продолжая мысль о коллективном творчестве как о кооперативном явлении можно заметить, что дальнейшее обобщение квантовой теории связано с этим феноменом, т.е. с именами Дирака-Йордана, Лондона, Борна-Винера, Гильберта-Неймана-Нордгейма . На фоне обобщенной
НКМ, сформулированной на математическом языке теории линейных самосопряженных операторов, ее матричный и волновой варианты, в свою очередь, являются фрагментными теориями. Отсюда следует, что дальнейшее обобщение квантовой теории Гейзенберга и Шрёдингера привело к переформулировке ее теоретической программы на новую, включающую принципы квантования, суперпозиции, эволюции состояний, дополнительности и фундаментальной роли измерительного прибора, и "изобрело" новые фундаментальные конструкты: "квантовый объект", "квантовое состояние" и др.
После того как "выстроили в ряд" все "h''-одноконстантные квантовые теории, можно заключить, что их статус в системе развивающегося знания (квантовой механики) относителен: феноменологическая конструкция М. Планка, содержа в своей структуре фундаментальное понятие "квант энергии", квантовый принцип и фундаментальную постоянную — h, претендовал на статус научной теории . Комплексные теории А. Эйнштейна, JT. де Бройля и метафорическая теория (модель атома) Н. Бора также изначально претендовали на статус фундаментальных теорий, что впоследствии с развитием квантовой механики было отвергнуто. Таким образом, относительность статуса этих теорий можно рассмотреть (и объяснить) в двух аспектах: во-первых, в процессе становления еще не оформившейся теории; тогда они претендуют на статус научных теорий, а на самом деле — это лишь "кажимость" (Гегель), т.е.
в онтологическом плане: форму проявления сущности (комплексную или гибридную теории) выдают за сущность (фундаментальную теорию); во-вторых, в процессе развития уже сформировавшейся теории: тогда определяется их истинный статус (феноменологической конструкции и т.д.). Можно и по-другому объяснить, хотя эти объяснения, как будет видно дальше, взаимосвязаны. Изменение статуса произошло потому, что сформированные с помощью умозрения в рамках этих теорий фундаментальные принципы позже были ассимилированы (попросту отобраны как готовые элементы теоретической программы) новой более развитой теорией (к примеру, НКМ Шрёдингера). Отсюда складывается иллюзия, что создание (точнее, выбор) нового математического формализма теории (волновое уравнение Шрёдингера, алгебра матриц Борна-Йордана, теория преобразований вгильбертовом пространстве и т.д.) равносильно построению самой теории , иначе говоря, происходит отождествление теории с ее математическим аппаратом.
Смена большинства этих теорий вызвана возникновением в их структуре парадоксов: эмпирического, теоретического, селективного и теоретико-эмпирического — которые чреваты выбором для своего разрешения, использующих различные селективные критерии (в том числе философских принципов). В некотором смысле филогенез рассмотренных ранее нами "h''-одноконстантных квантовых теорий (точнее подтеорий) с точки зрения принципа развития, включая матричный и волновой варианты квантовой теории, в общем целом составляет (образует) онтогенетический аспект обобщенной НКМ .