CC BY
75
ФИЛОСОФСКИЕ ПРОБЛЕМЫ НАУКИ И ТЕХНИКИ
97.01.006. ФИЛОСОФИЯ ФИЗИКИ ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ:
(тридцать лет спустя) /РАН. Ин-т философии. Отв. ред. Молчанов Ю.Б. - М., 1995. - 217с.
"Более тридцати лет назад сектором философских вопросов естествознания Института философии АН СССР была подготовлена и опубликована книга "Философские проблемы физики элементарных частиц" (Изд-во АН СССР, М., 1963). Редакторами книги являлись известные советские философы И.В.Кузнецов и М.Э.Омельяновский. В ней рассматривались мировоззренческие и методологические проблемы, поставленные на повестку дня развитием физики высоких энергий или, иначе говоря, физики элементарных части" (с.3). Настоящая книга продолжает исследования в указанном направлении. "Здесь рассматривается эволюция представлений о структуре микрообъектов, о закономерностях их взаимодействий, о роли и значении новых физических и философских концепций, связанных с планковским уровнем организации материи и представляющих собой обобщение концепций допланковского уровня" (там же).
Книга открывается статьей И.А.Акчурина "Концептуальные основания
новой - топологической - физики" (с.5-23). Как пишет автор, "сейчас... становится ясным, что наиболее глубокие и фундаментальные физические понятия и идеи всегда связаны и с некоторым нетривиальным подходом к проблеме локального и глобального, целого и части..." (с.5). В статье анализируются история и современное значение концепции калибровочных
полей. Калибровочные "силы" не являются совершенно классически
локальными: "они всегда обусловлены некоторой целостной, глобальной волновой функцией всей исследуемой квантовой системы... Именно калибровочные (компенсирующие) поля ... наиболее глубоко вскрывают некоторую совершенно новую, вообще говоря, уже обобщенно-пространственную, локальную природу внутреннего единства всех видов взаимодействия элементарных частиц между собой..." (с.7-8).
Новые аспекты локальности связаны со "слоением" движения, которое
отображается тремя теоремами о "Морита-эквивалентности". "Самый простой случай здесь - теорема о "Морита-1-эквивалентности", в которой рассматривается почти тривиальный пример эквивалентности друг другу многомерных векторных пространств и их обобщений - модулей, в которых, образно говоря, по различным координатным осям "откладываются" уже не числа (как в векторных пространствах), а их алгебраические обобщения -абстрактные кольца. Так вот эти многомерные векторные пространства (и модули) оказываются, в определенном смысле, эквивалентными друг другу, если эквивалентны их системы эндоморфизмов (внутренних их преобразований самих в себя)" (с. 14). Вторая теорема Морита "дает условия, при которых очень общая категория над абстрактным модулем оказывается эквивалентной некоторой достаточно конкретной, по крайней мере, лучше изученной. Эти условия физически можно истолковать как своего рода наличие в таких категориях локальных конечномерных линейных эквивалентностей, вполне сбалансированных "вблизи" каждой образующей и накладывающих определенные ограничения на систему идеалов кольца"
(с.15-16). Третья теорема о "Морита-эквивалентности" относится уже к самым
общим из известных категорий, "локализуемых "пространственно" в наиболее абстрактных модулях с помощью линейных свойств особых функторов в категориях, описывающих алгебраические свойства соответствующих систем эндоморфизмов, характеризующих физическую инвариантность исследуемых объектов" (с .16).
Наконец, в статье речь идет о топологическом принципе двойственности: "Обобщенные теоремы двойственности Серра - Гротендика позволяют -благодаря формулировке законов физики на языке топологии -аппроксимировать все физически важные взаимодействия "внешнего" мира и интересующего нас локально выделенного объекта с помощью специальной системы "покрытий" внешнего мира - так называемым дуальным топологическим комплексом" (с.19).
В статье М.Д.Ахундова и Л.Б.Баженова "Философское понятие материи и развитие физики элементарных частиц" (с.24-41) обсуждается ленинское (философское) понятие материи и представляется диалектика развития ее
физического понятия. "Действительная новизна ленинского определения может быть, на наш взгляд, раскрыта лишь в сопоставлении с концепцией материи в предшествующем материализме, обычно характеризуемой
выражениями: материя как строительный материал или первоматерия" (с.24).
Она состоит "в установлении неразрывной связи философского определения
материи с основным вопросом философии" (с.25) и связана "с
принципиальным отказом философии от задачи дать определение материи как таковой. В той мере, в какой эта задача разрешима, она есть дело естествознания, а не философии" (с.26). В ленинских текстах термин "физическое понятие материи" не встречается, но его использование не противоречит существу ленинского подхода к философскому понятию материи. физики правомерно говорят о строении материи, о тензоре материи-энергии, о распределении материи в метагалактике и т.п. Отрицание абсолютной первоматерии (или принцип неисчерпаемости материи) глубоко диалектично, однако степень радикальности качественных изменений при переходах от одного структурного уровня материи к другому "никак не может
постулироваться диалектикой по принципу: чем радикальнее изменение, тем
более оно соответствует диалектике" (с.28). Последний тезис авторы
иллюстрируют на примере развития физики, в особенности физики элементарных частиц (ФЭЧ).
В статье В.П.Бранского "Квантово-полевой и хроногеометрический подходы в теории элементарных частиц" (с.42-57) обсуждается история формирования теории элементарных частиц (ТЭЧ). "Как известно, главная проблема ТЭЧ состоит в следующем: зная фундаментальные (масса, заряд, спин и т.п.) и динамические (энергия, импульс и т.п.) характеристики
взаимодействующих элементарных частиц, определить, какие именно новые частицы могут образовываться в результате такого взаимодействия и с какой
вероятностью" (с.42). В решении этой проблемы прослеживаются две ведущие тенденции: стремление сохранить неизменным понятие макроскопического
пространства-времени, описываемого псевдоевклидовой геометрией, и
стремление изменить его. "Первая может быть условно названа квантово-
полевым подходом, поскольку пространство-время Минковского, в точках которого возможно уничтожение и рождение элементарных частиц, получило название "квантового поля". Вторую можно назвать хроногеометрическим подходом ввиду того, что она связана с изменением "хроногеометрии" (т.е. структуры пространства-времени)" (с.43-44). Важнейшими разновидностями квантово-полевого подхода являются аксиоматический, унифицирующий и калибровочный. ТЭЧ как квантовая теория поля достигла наибольших результатов в ее калибровочном варианте (квантовая теория калибровочных
полей - КТКП). "Если теперь взглянуть на калибровочный подход с методологической точки зрения, то нетрудно заметить, что основным достоинством этого подхода является его высокая эмпиричность... В то же время в этом подходе имеется определенный неэстетический аспект" (с.45).
Дело в том, что "полный критерий красоты теории в строгой форме может быть
сформулирован следующим образом. С онтологической точки зрения теория красива, если она раскрывает сущность множества явлений при условии гармонического сочетания качественного и количественного описания этой сущности. С гносеологической точки зрения, это значит, что теория позволяет дедуцировать из одного теоретического закона множество эмпирических закономерностей, причем указанный теоретический закон должен быть описан как формально ("формализован" на искусственном языке), так и содержательно ("интерпретирован" на естественном языке)" (с.45-46). В КТКП нарушаются гармония частного и общего и гармония содержательного и формального.
Основными разновидностями хроногеометрического подхода являются кон-тинуальный (модификация пространства-времени Минковского без нарушения аксиомы непрерывности), квантование СТО и квантование ОТО. По мнению автора, эстетическим требованиям удовлетворяет в наибольшей степени квантование "плоского" пространства-времени (дистонный подход). При этом "анализ истории формирования ТЭЧ приводит к постановке существенно новой проблемы - синтеза калибровочного и дистонного подходов. Естественно допустить, что в форме калибровочного и дистонного подходов квантово-полевой и хроногеометрический подходы (как это ни парадоксально) настолько сближаются, что их синтез становится вполне назревшей задачей" (с.56-57).
Д.П.Грибанов в статье "Эйнштейновская концепция физической реальности" (с.58-72) пишет, что в ФЭЧ "часто речь идет о физической реальности, а известно, что теоретическое обоснование на этот счет впервы1е дал Эйнштейн" (с. 5 8). Термин "физическая реальность" выступает у Эйнштейна в различной роли, включает разное содержание. Автор выделяет следующие способы его использования: 1) понятие физической реальности как эквивалент понятию материи: "Эйнштейн вынужден был их отождествить при рассмотрении внешнего мира самого по себе, который суще-ствует независимо от того, воспринимаем, изучаем мы его или нет" (с.61); 2) как понятие, охватывающее объекты внешнего мира, изучаемые физикой, прежде
всего вещество и поле (физическая реальность первого порядка); 3) как понятие, охватывающее "отношение друг к другу объектов внешнего мира, а также физические свойства предметов, которые проявляются в этих отношениях, такие, например, как время, пространство, масса, энергия, инерция, скорость, ускорение и др." (с.62) (физическая реальность второго порядка); 4) как представляющее отраженную физическую реальность в научных понятиях, принципах, теориях и в целом в физике (реальность третьего порядка); 5) как понятие, используемое для определения "общей методологической установки по отношению к цели физической науки" (с.63).
В.Н.Дубровский ("Новая концепция пространства-времени на
планковских масштабах расстояний"; с.73-86) отмечает, что проникновение теоретической физики на планковские масштабы расстояний углубляет воззрения на структурную сущность материи и ее атрибутов.
"Фундаментальным объектом современной физики следует считать
квантованное суперструнное поле, возбуждениями которого являются суперструны, взаимодействующие друг с другом и с вакуумом (возникающие из него и поглощающиеся в нем). Струны же, в свою очередь, порождают элементарные частицы" (с.82). Наиболее совершенной теорией суперструн является теория Грина - Шварца в 10-мерном пространстве-времени Минковского (с одним временным и девятью пространственными измерениями), шесть измерений которого компактифицируются при выходе за пределы планковских масштабов расстояний. При решении проблемы квантования гравитации на основе теории суперструн получаются однозначные предсказания о характере других взаимодействий. Это значит, что "более общая теория фиксирует в себе менее общие теории (принцип соответствия теорий), а более общая концепция пространства-времени позволяет выявить существенные концепции в менее общих теориях" (с.79). В СТО - это реляционная концепция, в ОТО - гравитационная. Их обобщает суперструнная концепция: "Суперструнное пространство есть пространство всех возможных конфигураций суперструн, в то же время оно является метрическим аспектом квантованного суперструнного поля" (с.84). Суперструны, как и частицы, не образуют непрерывного целого, но совокупность всех возможных конфигураций суперструн, в отличие от совокупности частиц, - это непрерывное целое. "Значит, суперструнная концепция пространства-времени мыслима и сама по себе, без реляции к
вакууму... Более того, суперструнную концепцию можно считать обобщением
реляционной концепции пространства-времени, реляция здесь осуществляется между неупорядоченным множеством суперструн... в обобщенно-реляционной концепции можно говорить о порядке реляций, а не объектов" (с.85-86).
Г.Б.Жданов ("Частицы, поля и вселенные"; с.87-103) описывает прогресс в развитии измерительной аппаратуры в физике высоких энергий, а также взаимосвязи эксперимента и теории в ФЭЧ и космологии. Автор приходит к следу-ющим выводам: 1) достижения физики частиц и полей оказались возможными благодаря росту технологии и развитию международного сотрудничества ученых; 2) основным направлением развития физики и космологии является поиск все более общих законов симметрии; 3) взаимосвязь теории и эксперимента наиболее ярко демонстрирует создание
теории электрослабых взаимодействий; 4) следует изучать не только единство природы, но и многообразие ее проявлений; 5) перспективным направлением является углубленное изучение взаимосвязей физики частиц и полей с астрофизикой и космологией.
С .В .Илларионов и Е.А.Мамчур ("Принципы симметрии в физике
элементарных частиц"; с.104-123) рассматривают применение теоретико-групповых методов в ФЭЧ. Все известные принципы симметрии разделяются на
геометрические и динамические. Геометрические принципы "формулируются в
терминах самих явлений, устанавливая независимость событий от выбора системы отсчета при соответствующих данной группе преобразованиях. Исходными в этих симметриях являются (внешние.- Реф.) преобразования пространства и времени... Динамические принципы... формулируются в терминах законов природы и относятся к определенным типам взаимодействий..." (с.104-105). Принципы симметрии выполняют в физическом познании следующие основные функции: а) организующую (развитие физики в кумулятивном аспекте идет по пути теоретико-группового расширения); б)
ограничительную: "В гносеологическом плане принципы симметрии служат своеобразными правилами отбора выдвигаемых уравнений и гипотез... В онтологическом плане ограничительная функция принципов инвариантности
состоит в том, что они вычленяют физически реализуемые состояния из всех
логически возможных состояний: физически реализуемыми оказываются
состояния, инвариантные относительно группы преобразований, лежащей в основании теории" (с.107-108); в) унифицирующую: "Принципы симметрии выполняют роль одного из оснований тенденции физического знания к единству", поскольку "понятия "инвариантность", "симметрия", "группа"
несут в себе идею тождества, равенства, эквивалентности" (с .109). Все эти функции тесно переплетены.
Далее в статье представляются два этапа развития идеи симметрии в
ФЭЧ: довоенный и послевоенный. "...На первом этапе ведущую роль играли геометрические симметрии, тогда как использование внутренних симметрий носило в какой-то степени подчиненный характер. На втором этапе, напротив, на первое место выдвигаются именно динамические симметрии, причем намечается объединение динамических и геометрических симметрий, т.е. сами геометрические симметрии начинают трактоваться как имеющие динамический характер. Это обстоятельство является следствием очень мощной унифицирующей способности симметрий и основанных на них методов" (с .111-112).
И. Ю.Кобзарев в посмертно опубликованной статье "Присутствуем ли мы при кризисе базисной программы парадигмы современной теоретической физики?" (с.124-128) выделяет в истории физики три парадигмы: классическую механику, классическую теорию поля и квантовую теорию поля. Цель статьи показать, что последняя парадигма "фактически уже применяется в той области, где на самом деле она уже неприменима" (с.125). Аргументы: 1) неабелевы калибровочные теории предсказывают, что при эволюции Вселенной должны происходить фазовые переходы, при которых должны образовываться домены, струны или монополии, однако в стандартной модели электрослабых и сильных взаимодействий их нет, т.е., возможно, эти объекты просто не существуют, как и эфир; 2) теория поля предсказывает существование космологического члена в уравнениях Гильберта - Эйнштейна, но "наблюдательно он либо вообще не существует, либо так мал, что в рамках КТП этого понять не удается" (с. 126); 3) стандартная модель предсказывает сильное нарушение СР-инвариантности; спасти стандартную модель можно сравнительно просто: "надо ввести еще одну безмассовую частицу - аксион. Тем не менее, проще опять предположить, что вакуум просто более пуст, чем требует теория" (там же).
Ю.Б.Молчанов ("Современные аспекты проблематики ЭПР-парадокса"; с.129-146) пишет, что ЭПР-парадокс был призван доказать, что "утверждение принципа неопре-деленности о невозможности одновременного существования двух некоммутиру-ющих параметров является неверным, или неверным является описание квантовой механической реальности с помощью волновой функции и уравнения Шрёдингера" (с .131). Но этот парадокс имеет
еще одну сторону: "Если правильно и полно уравнение Шрёдингера и правильным является принцип неопределенности, то необходимо признать в любом случае наличие в природе мгновенного дальнодей-ствия или какой-то другой мгновенной связи (например, в обратном направлении времени) между пространственно разобщенными материальными системами..." (там же). Эта сторона парадокса нашла современное развитие, во-первых, в формулировке двух пар новых методологических принципов - "сепарабельности-несепарабельности" и "локальности-нелокальности", и, во-вторых, в интерпретации Дж.А.Уилером экспериментов с запаздывающим, или отсроченным, выыбором. Что касается первого аспекта, то, по мнению автора, "различие между сепарабельностью-несепарабельностью и локальностью-нелокальностью доволь-но условно. Несепарабельность говорит о самом факте неразрывной связи взаимно отделенных систем... Локальность же имеет прежде всего в виду сам механизм связи (дальнодействие-близкодействие)" (с.138). Что касается второго, то "если эксперименты по запаздывающему выбору свидетельствуют о возможности воздействия на события неотдаленного прошлого, то почему не признать возможность воздействия из современности на события весьма отдаленного прошлого. Правда, здесь (имеется. - Реф.)... диспропорция между множеством различных экспериментов над явлениями микромира и одной единственной Вселенной, существующей, как мы достаточно хорошо знаем, задолго до осуществления подобных экспериментов" (с .146).
Б.Я. Пахомов ("Детерминизм, критерии тождества, проблема объективной реальности в квантовой теории"; с.147-167) пишет, что логично в качестве методологической основы исследования законов принять следующий критерий тождественности объектов (состояний, условий, воздействий): "объекты тождественны, если их поведение в одинаковые условиях под влиянием одинаковыых воздействий одинаково" (с .147). Чтобы избежать здесь логический круг, нужно иметь в виду не один и тот же процесс, а различные связанные между собой процессы. Однако в квантовой физике этот критерий нарушается, и копенгагенская интерпретация, чтобы избежать парадоксов, предлагает отказаться от попыток описывать процесс движения квантового объекта до фактического наблюдения. В свою очередь ансамблевая интерпретация КМ разрешает парадокс с критерием тождества ссылкой на то, что КМ "предсказывает одинаковые статистические распределения для ансамблей, находящихся в одинаковы1х условиях, но состоящих из частиц с
неодинаковыми значениями некоторых "скрытых параметров", которые не отражаются при ансамблевом описании" (с.149).
Проблема "скрытых параметров" в ФЭЧ проявляется в трех основных аспектах: "1) как проблема детерминизма - в связи с вероятностным характером квантовых законов; 2) как проблема объективной реальности - в связи с загадочной неопределенностью свойств частицы в промежутке между измерениями; 3) как проблема нелокальности - в связи с необъяснимой пока согласованностью изменений, происходящих с разделенными и невзаимодействующими частями когерентной системы (парадокс Эйнштейна - Подольского - Розена)" (с .156). Копенгагенская интерпретация отказывается решать эти философско-методологические проблемы. Философско-
методологическую интерпретацию КМ предложил В.А.Фок. Она восстанавливает применимость принципа тождества для фиксированных условий и позволяет говорить о "реальности до акта наблюдения на языке объективно присущих частице потенциальных возможностей" (с .158). Однако в части относительности к средствам наблюдения она нуждается в корректировке: в центр внимания надо поставить не прибор, а тип физических взаимодействий. В квантовом мире имеют место два типа изменений объекта: "скрытая эволюция потенциальных возможностей и скачкообразная реализация одной из возможностей в форме квантового события" (с .160).
Далее автор, анализируя распады нейтральных К-мезонов по различным каналам слабого и сильного взаимодействий, приходит к следующим заключениям: 1) ЭПР-парадокс - это физический феномен; 2) он не может служить логическим основанием для введения "скрытых параметров" в
смысле классической физики; 3) он, по-видимому, свидетельствует о "существовании в мире квантовых процессов совершенно необычной формы детерминации и весьма специфического "скрытого параметра", обеспечивающего неклассический механизм физической ее реализации. Эту
форму детерминации можно было бы обозначить как когерентную детерминацию парных корреляций..." (с .167).
А.И.Панченко ("Теорема Белла и реалистические интерпретации квантовой теории"; с.168-184) приводит результаты анализа теоремы Белла и ее следствий. В ходе этого анализа были выявлены: 1) структура принципа локальности; оказалось, что этот принцип расщепляется на ряд составляющих: "а) условие "слабой локальности", отвечающее по своему содержанию принципу близкодействия; б) условие локальности в смысле
факторизуемости совместных вероятностей результатов одновременных
измерений, требующее, по сути дела, редукции квантовой вероятности к
бездисперсным мерам классической статистики...; в) условие локальности в смысле факторизуемости, или сепарабельности, "реальных физических состояний" (или эйнштейновский принцип локальности..." (с.174); 2) важность различения принципов локальности и сепарабельности (так, квантовая теория
является локальной, как и классические физические теории и СТО, но, в отличие от них, несепарабельной); благодаря этому в концептуальный
аппарат физики вошло новое понятие "несепарабельности", или целостности; 3) связь специфики вероятностных представлений с принципами локальности и
сепарабельности.
В заключение статьи, на основе сравнительного анализа позиций А.Эйнштейна и Н.Бора в контексте реализма и инструментализма, приводятся следующие выводы: "Во-первых, гносеологический реализм (независимость объекта познания от субъекта. - Реф.)... вряд ли имеет место вообще, ибо объект познания невозможен без субъекта (как, впрочем, и наоборот), в этом объекте
всегда присутствуют человеческие измерения (как его когнитивные или практические составляющие). Во-вторых... в реализме имеются разные компоненты - и гносеологические (у Эйнштейна это вера в независимость и объективность идей по сравнению с чувственными восприятиями и экспериментальной деятельностью как чем-то субъективным), и физико-онтологические (в данном случае принцип локальности как сепарабельности). в-третьих, физико-онтологический реализм Эйнштейна тоже вряд ли имеет место, ибо, как показывает анализ теоремы Белла и ее приложений, "реальные физические состояния" не всегда являются сепарабельными" (с .184).
Ю.В.Сачков ("Вероятность, структура, нелинейность"; с.185-198) полагает, что трудности в трактовке вероятности связаны с тем, что
"раскрытие ее содержания во многом строится на представлениях о простом
траекторном движении исследуемых объектов... Трактовка вероятности еще слабо связывается с раскрытием представлений о внутренних свойствах и
структуре частиц" (с.187). В статье обосновываются следующие тезисы: значение вероятности в квантовой физике "заключается прежде всего в том,
что она позволяет исследовать закономерности объектов, имеющих сложную, "двухуровневую" структуру, вклю-чающую в себя и определенные черты независимости, автономности" (с.189); "Вероятностные вариации в значениях наблюдаемых физических величин, проявляющиеся в результатах
взаимодействия квантовых частиц, обусловлены нелинейным характером этих взаимодействий. В этих процессах взаимодействия частицы проходят через области крайне неустойчивых состояний, когда малейшие неуловимые изменения макро-микрообстановки приводят к наблюдаемым различиям в
вероятностных представлениях" (с. 194); "Наиболее глубокое понимание случайности возможно в рамках анализа оснований ее включенности в структуру не просто физических, а эволюционных процессов" (с.195).
Фам До Тьен ("Некоторые методологические вопросы современной физики высоких энергий"; с.199-216), анализируя историю развития ФЭЧ в последние десятилетия, исходит из посылки, что "теория и метод представляют собой лишь разные стороны одного явления" (с .199). Теории ФЭЧ становятся все более "чисто теоретическими. Причина этого заключается в том, что в ФЭЧ "мы сталкиваемся с объектами, чьи размеры, время жизни, массы столь далеки от воспринимаемых в обычных условиях, что не только интерпретация наблюдений становится значительно более тонкой, но еще к тому же и получение новых экспериметальных данных, как правило, требует больших затрат и значительного времени" (с.208). Все это демонстрирует развитие теории суперструн, у которой нет особых экспериментальных подтверждений. Но теоретики работают над ней, руководствуясь
методологическими принципами согласованности, единства, симметрии,
простоты, математизации, соответствия (с.210).
А. И. ПАНЧЕНКО
