CC BY
50
3. Мариносян Х.Э. Социально-философские аспекты наномедицины: перспективы, проблемы, риски // Философские науки. - 2009. - № 11.
4. Медоуз Д.Х. Азбука системного мышления / Пер. с англ.; под. ред. Н.П. Тарасовой. - М.: БИНОМ; Лаборатория знаний, 2010. - 343 с.
5. Моисеев В.И. Социально-философские аспекты наномедицины: перспективы, проблемы, риски // Философские науки. - 2010. - № 1.
6. Нанотехнологии. Азбука для всех / Под ред. Ю.Д. Третьякова. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2008. - 368 с.
7. Нанотехнологии: новый этап в развитии человечества / Под ред. В.Г. Тимирясова. - Казань: Познание, 2009. - 193 с.
8. Пул Ч. мл., Оуэнс Ф. Нанотехнологии. - изд. 4-е, испр. и доп. - М.: Техносфера, 2009. - 336 с.
9. Ракитов А.И. Пролегомены к идее технологии // Вопросы философии. - 2011. - № 1.
10. Романов Л.Е. Социально-философские аспекты наномедицины: перспективы, проблемы, риски // Философские науки. - 2010. - № 2.
11. Фукуяма Ф. Наше постчеловеческое будущее: Последствия биотехнологической революции / Пер. с англ. М.Б. Левина. - М.: АСТ, 2008. - 349 с.
12. Хартманн У Очарование нанотехнологии / Пер. с нем. - М.: БИНОМ; Лаборатория знаний, 2008. - 173 с.
ЭКВИВАЛЕНТНЫЕ ОПИСАНИЯ И ПРОБЛЕМА РЕАЛЬНОСТИ НЕНАБЛЮДАЕМЫХ ОБЪЕКТОВ В ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ ФИЗИКЕ1
© Чернакова М.С.*
Институт философии РАН, г. Москва
Эквивалентные описания - это различные физические теории, одинаково хорошо описывающие одни и те же эмпирические данные. Существование эквивалентных описаний ставит проблему выбора истинной теории из спектра эквивалентных. В данной работе показано, что на современном этапе развития теоретической физики эта проблема приобрела нетривиальный смысл и требует для своего решения пересмотра традиционных представлений о физической реальности. Рассмотрены возможности решения проблемы эквивалентных описаний в современных реалистических и антиреалистических направлениях философии науки.
1 Работа выполнена при поддержке РГНФ (грант № 11-03-00597а).
* Научный сотрудник сектора Философии естествознания, кандидат физико-математических наук.
Под эквивалентными описаниями понимают различные физические теории или их фрагменты, одинаково хорошо описывающие эмпирические данные в одной и той же предметной области. Эквивалентные описания могут отличаться друг от друга своим математическим аппаратом и / или постулируемой онтологией фундаментальных объектов.
Приведём примеры эмпирически эквивалентных описаний:
- различные интерпретации квантовой механики (копенгагенская, статистическая, многомировая и др.) тождественны математически, но постулируют разную онтологию. В частности, в них по-разному интерпретируются наборы квантовых состояний элементарных частиц [9, 10]. Так, в копенгагенской интерпретации волновая функция характеризует распределение вероятностей различных состояний отдельной микрочастицы, которые могут быть обнаружены в эксперименте. Поэтому в этой интерпретации реально существующим оказывается лишь одно, а именно обнаруженное в эксперименте состояние. В статистической интерпретации волновая функция характеризует распределение вероятностей того или иного состояния в ансамбле микрочастиц. Поэтому здесь все возможные состояния сосуществуют, будучи распределены по микрочастицам ансамбля. В многомировой интерпретации волновая функция определяет относительное количество миров, в которых реализуется то или иное состояние микрочастицы. В этой интерпретации также сосуществуют все состояния, но ими уже обладают не различные микрочастицы ансамбля, а одна и та же микрочастица, имея в различных мирах разные состояния;
- такие наблюдательные космологические данные, как ускоренное расширение Вселенной, форма кривых вращения галактик и др. могут быть одинаково хорошо описаны либо в рамках эйнштейновской общей теории относительности при предположении существования в космосе темной материи и тёмной энергии, либо без введения дополнительных (тёмных) видов материи и энергии, но модифицируя саму теорию гравитации путём введения в лагранжиан гравитационного взаимодействия нелинейных поправок. Указанные эмпирически эквивалентные теории отличаются как в математическом, так и в онтологическом смысле. В первой теории (в то есть в рамках общей теории относительности) наблюдаемые эффекты обусловлены наличием некоторых новых видов материи, во второй (то есть в теории гравитации с нелинейным лагранжианом) - изменением самого характера гравитационного взаимодействия между привычными для нас видами материи [1].
Эквивалентные описания стали появляться в теоретической физике сравнительно недавно. Их появление обусловлено изменением характера
взаимосвязи между теорией и экспериментом, а именно тем обстоятельством, что быстро развивающееся теоретическое знание стало значительно обгонять эксперимент. Теории стали строиться на базе довольно ограниченного набора экспериментальных данных. В связи с этим стало возможным построение различных эквивалентных теорий, по-разному описывающих и объясняющих один и тот же (ограниченный) набор экспериментальных данных.
В философии науки начало обсуждения эквивалентных описаний было положено А. Пуанкаре, который утверждал возможность использования любой геометрии для описания пространственно-временных явлений (геохронометрический конвенционализм) [8]. В последствии философские аспекты эквивалентных описаний неоднократно рассматривалась как советскими, так и зарубежными физиками и философами. Значительное развитие философское осмысление эквивалентных описаний получило в работах советских учёных Э.М. Чудинова и С.И. Илларионова.
Философские проблемы, связанные с эквивалентными описаниями, состоят в том, что уже сам факт существования последних содержит в себе противоречие. Поскольку эквивалентные описания описывают одну и ту же область физической реальности различными, несовместимыми друг с другом способами, то они не могут быть истинными все сразу. Следовательно, возникает проблема выбора истинной теории из спектра эквивалентных.
История науки говорит о том, что в прошлом это всегда оказывалось возможным сделать благодаря появлению новых экспериментальных данных, подтверждающих одни теории и опровергающих другие. То есть эквивалентность теорий в прошлом всегда носила лишь временный характер - появление новых экспериментальных данных всегда давало возможность выбрать среди этих теорий истинную, а остальные отбросить как ошибочные.
Приведём примеры из истории науки, иллюстрирующие это.
Пример 1. Отрицательный результат опытов Майкельсона по поиску эфирного ветра может быть одинаково хорошо описан следующими четырьмя эквивалентными способами:
1. гипотезой увлекаемого эфира: если эфир увлекается Землёй, то, естественно, никакого эффекта не будет;
2. гипотезой В. Ритца о том, что скорость света складывается со скоростью источника светящегося тела, зеркала и пр.;
3. гипотезой Лоренца, согласно которой все тела при движении через эфир сокращаются (лоренцево сокращение);
4. в рамках специальной теории относительности, вообще исключающей эфир и предполагающей изменение пространственно-временных интервалов в движущихся системах отсчёта.
На основании одного лишь эксперимента Майкельсона нельзя было отдать предпочтение какой-либо одной из этих гипотез. Однако появление других экспериментальных данных позволило это сделать. Так, эксперимен-
тально обнаруженное явление звёздной аберрации оказалось в противоречии с гипотезой увлекаемого эфира. Данное обстоятельство позволяет отбросить первую гипотезу, что позволило отбросить первую гипотезу как ошибочную. Гипотеза Ритца успешно объясняет и отсутствие эфирного ветра, и звёздную аберрацию, но она противоречила наблюдениям за движением звёзд в двойных звёздных системах: из гипотезы Ритца следует, что в движении звёзд по орбитам в таких системах должны наблюдаться определённые аномалии, которые не были обнаружены в астрономических наблюдениях. Соответственно, гипотеза Ритца тоже была отброшена. Гипотеза Лоренца даёт правильное объяснение отсутствию эфирного ветра, звёздной аберрации и движению звёзд в двойных системах, однако она предсказывает, что должна наблюдаться определённая анизотропия масс в движущейся лаборатории. Суть этой анизотропии состоит в том, что объекты (например, электрон или какая-либо другая элементарная частица), движущиеся вдоль направления движения лаборатории и в противоположном направлении должны иметь разную массу. В экспериментах не удалось обнаружить этого различия не было обнаружено. Таким образом, гипотеза Лоренца тоже неверна. Лишь специальная теория относительности смогла описать все указанные выше экспериментальные данные. Таким образом, новые эксперименты позволили выбрать эту теорию как истинную среди нескольких эквивалентных теорий.
Пример 2. Ещё одним примером является эмпирическая эквивалентность электродинамики Максвелла (основанной на близкодействии) и электродинамики Вебера (основанной на дальнодействии), существовавшая до экспериментов Г. Герца 1888 г. по обнаружению электромагнитных волн. Указанные две теории постулировали различную онтологию физических взаимодействий. При этом из электродинамики Вебера не следовало существование электромагнитных волн, однако она так же хорошо, как и теория Максвелла, согласовывалась с основными экспериментальными результатами, например, с открытым в 1820 г. Г. Эрстедом отклонением магнитной стрелки в присутствии проводника с током. Поэтому до экспериментального обнаружения электромагнитных волн эти две теории были эмпирически эквивалентны.
Таким образом, в прошлом проблема существования эквивалентных описаний решалась тем, что это существование рассматривалось как лишь временное, преходящее явление, исчезающее в ходе естественного развития физической науки.
Однако в последние десятилетия ситуация существенно изменилась - в силу изменения характера взаимосвязи между теорией и экспериментом выбрать истинную теорию среди эквивалентных всё чаще становится невозможным. Дело в том, что теоретическая наука, всё больше и больше обгоняя экспериментальную, сегодня дошла до такого состояния, когда физические теории некоторой области реальности строятся при практически
полном отсутствии соответствующих экспериментальных данных. Теоретическая физика сегодня всё глубже проникает в изучение тех областей реальности, которые недоступны для нашего эмпирического изучения. В результате многие разделы теоретической физики переходят в состояние так называемой «экспериментальной невесомости», означающее невозможность непосредственной эмпирической проверки теории. Теории, разрабатываемые в состоянии экспериментальной невесомости, не имеют непосредственных эмпирических подтверждений и имеют крайне ограниченное количество опосредованных эмпирических подтверждений. Изучаемая такими теориями область физической реальности (и, соответственно, населяющие её физические объекты), недоступна для нашего наблюдения.
Исторически главным подобным разделом физики являлась космология (ранняя Вселенная недоступна непосредственному наблюдению). Во второй половине XX в. в состояние экспериментальной невесомости стала переходить физика элементарных частиц (для экспериментальной поверки она требует недоступных нам энергий) [9]. Развиваемая в последние десятилетия единая теория всех четырёх взаимодействий - теория струн - также не предполагает возможности непосредственной экспериментальной проверки в разумно прогнозируемой исторической и технологической перспективе развития человечества [13].
Именно недостаток экспериментальных данных не даёт возможность выбрать истинную среди экспериментально невесомых эквивалентных теорий. Поэтому такие эквивалентные теории в фундаментальной физике в настоящее время сосуществуют и не представляется возможным в обозримом будущем выбрать из них истинную.
Важной особенностью экспериментально невесомых теорий является наличие в их структуре ненаблюдаемых теоретических терминов - терминов, вводимых для обозначения гипотетических ненаблюдаемых объектов, населяющих изучаемую теорией область реальности, недоступную для непосредственного эмпирического исследования. Такие абстрактные термины, в отличие от аналогичных терминов классических теорий, постулируются современными теориями, а не выводятся как результаты идеализации эмпирически наблюдаемых объектов.
Примерами ненаблюдаемых теоретических объектов являются:
- струны и р-браны в струнных теориях;
- кварки и глюоны в физике элементарных частиц;
- дополнительные размерности пространства-времени в классических и квантовых теориях гравитации;
- тёмная материя и тёмная энергия в космологии;
- скалярные поля в скалярно-тензорных теориях гравитации;
- волновая функция в волновой формулировке квантовой механики (наблюдению доступен лишь квадрат волновой функции);
- дискретные состояния элементарных частиц в матричной формулировке квантовой механики (наблюдаемыми являются лишь переходы микрочастиц из одного состояния в другое);
- фундаментальные комплексные отношения бинарной геометрии в геометрофизике Ю.С. Владимирова [3, 4] (наблюдаемыми являются лишь конструируемые из них и описываемые унарной геометрией действительные отношения).
Различные эквивалентные теории постулируют существование разных ненаблюдаемых объектов, причём нередко обладающих несовместимыми, противоречивыми свойствами. То есть в результате существования эквивалентных теорий одна и та же область физической реальности оказывается одинаково хорошо описанной и объяснённой с помощью совершенно различных ненаблюдаемых объектов. При этом не представляется возможным в обозримом будущем выбрать истинную теорию из спектра эквивалентных теорий.
В связи с этим факт существования эквивалентных теорий в фундаментальной физике сегодня не вписывается в традиционную реалистическую концепцию научного знания. Сосуществование эквивалентных теорий противоречит следующим двум основным тезисам научного реализма:
1. теоретическая наука способна дать истинное знание о ненаблюдаемых областях реальности. Поэтому научные теории могут и должны оцениваться на истинность / ложность, при этом научное знание в ходе своего исторического развития постепенно приближается к истине;
2. теоретические термины соответствуют реально существующим ненаблюдаемым физическим объектам.
Невозможность выбрать из спектра эквивалентных теорий истинную и таким образом оценить эти теории на истинность / ложность противоречит первому тезису. Постулирование различными эквивалентными теориями разных ненаблюдаемых объектов противоречит второму тезису, ибо эти объекты обладают несовместимыми свойствами и потому не могут быть одновременно признаны реально существующими.
Зато существование эквивалентных теорий хорошо согласуется с антиреалистическими представлениями, состоящими в следующем:
1. теоретическая наука не может дать истинное знание о ненаблюдаемых областях реальности. Научные теории - лишь инструменты, позволяющие объяснять и предсказывать наблюдаемые явления и ничего не говорящие о том, как устроен мир за пределами его наблюдаемости;
2. ненаблюдаемые теоретические термины, входящие в физические теории, не соответствуют чему-либо реально существующему. они являются лишь нашими интеллектуальными конструктами, созданными для удобства описания и объяснения эмпирических данных и не существуют вне нашего сознания. реально же существующие ненаблюдаемые объекты недоступны для нашего познания.
Согласно антиреализму, различные эквивалентные теории и постулируемые ими ненаблюдаемые объекты - это просто различные инструменты, которыми мы пользуемся для объяснения наблюдаемой реальности. Поэтому среди этих теорий не может быть истинных или ложных - различные эквивалентные теории могут быть лишь более или менее удобными. Выбор же какой-либо теории из спектра эквивалентных должен осуществляться исключительно из соображений практического удобства. При этом для разных конкретных задач могут быть удобны разные эквивалентные теории.
Хотя антиреалистическая концепция позволяет объяснить факт существования эквивалентных теорий, однако сама она не может считаться адекватной, ибо антиреализм противоречит многим признанным в философии науки положениям.
Поэтому рассмотрим, может ли проблема эквивалентных описаний быть разрешена в так называемых минимизированных версиях реализма. Последние в действительности представляют собой нечто среднее между реализмом и антиреализмом. В минимизированных версиях реализма сделана некоторая уступка антиреализму путём либо отказа от некоторых из тезисов реализма, либо путём их ослабления. Основными минимизированными версиями реализма являются: различные варианты структурного реализма (эпистемиче-ский структурный реализм, онтический структурный реализм, конструктивный структурный реализм), экспериментальный реализм. В отличие от реализма, который утверждал полную познаваемость ненаблюдаемой реальности, и от антиреализма, который утверждал полную непознаваемость ненаблюдаемой реальности, во всех минимизированных версиях реализма утверждается частичная познаваемость этой сферы реальности. Однако различные минимизированные версии реализма по-разному отвечают на вопрос о том, что именно доступно нашему познанию (и что, следовательно, может быть зафиксировано в теоретических терминах научных теорий).
Эпистемический структурный реализм признаёт существование ненаблюдаемых физических объектов и наличие у них свойств, но утверждает, что точное знание этих объектов и свойств недоступно нашему познанию. То, что может быть познано и зафиксировано в теориях - это знание структурных аспектов реальности, знание существующих между непознаваемыми объектами отношений. Эти отношения отражаются в основных математических уравнениях теорий, причём структура последних сохраняется в ходе исторического развития науки. При этом не важно, как мы интерпретируем данные уравнения, то есть онтология, стоящая за математическими формулировками, не имеет никакого значения. Таким образом, реальными физическими референтами обладают не теоретические термины, а лишь их структура и отношения между ними. В эквивалентных теориях структура основных математических уравнений одинакова, и только эта структура и имеет значение, а не та онтология, которая за ней стоит и которая различна в разных эквивалентных теориях. Точно таких же взглядов придерживается и
онтический структурный реализм, с тем лишь отличием, что он признаёт в качестве существующих на фундаментальном ненаблюдаемом уровне физической реальности не объекты и их свойства, а структуры и отношения.
Две другие минимизированные версии реализма - конструктивный структурный реализм и экспериментальный реализм - сходны в том, что признают существование ненаблюдаемых физических объектов и их свойств, а также наличие референтов у теоретических терминов [11, 12]. Однако теоретические термины лишь частично, а не полностью (как в реализме) соответствуют своим физическим референтам, ибо наши теории неспособны исчерпывающим и точным образом зафиксировать характеристики последних. При этом две указанные концепции расходятся в представлениях о том, какие именно из характеристик ненаблюдаемых физических объектов могут быть зафиксированы в эксперименте. Согласно экспериментальному реализму, в эксперименте фиксируются некоторые из тех свойств, которыми обладают реальные объекты, а согласно конструктивному структурному реализму мы способны экспериментально зафиксировать лишь структурные характеристики ненаблюдаемой реальности. Однако в обоих концепциях утверждается, что нам доступно не точное, а лишь частичное знание фундаментальной онтология мира. Поэтому постулируемая теориями онтология в ходе исторического развития науки подвергается пересмотру, постепенно приближаясь к истинной. Отсюда следует, что разные эквивалентные теории, постулируя разную онтологию, отличаются степенью своей близости к истине. Следовательно, в данных концепциях факт одновременного сосуществования эквивалентных теорий не находит удовлетворительного ответа, поскольку по-прежнему встаёт проблема выбора более истинной среди эквивалентных теорий.
Таким образом, в проблеме эквивалентных описаний выделяются две стадии, порождённые происходящим в ходе исторического развития науки изменением взаимосвязи между теоретическим и экспериментальным знанием.
На первом этапе факт существования эквивалентных теорий удаётся согласовать с традиционной реалистической концепцией научного познания. Существование эквивалентных описаний здесь рассматривается как временное явление, исчезающее при появлении новых экспериментальных фактов, дающих возможность выбрать среди эквивалентных теорий истинную.
На втором этапе факт существования эквивалентных теорий оказывет-ся в противоречии с тезисами научного реализма. Однако он может быть достаточно удовлетворительно объяснён в рамках минимизированных версий реализма, а именно в эпистемическом и онтическом структурном реализме. Согласно этим философским концепциям, различные и несовместимые между собой онтологии ненаблюдаемой реальности, постулируемые в разных эквивалентных теориях, не имеют сколько-нибудь существенного значения, ибо фундаментальная онтология мира недоступна нашему познанию. Нам доступно лишь знание структур и отношений между ненаблюдаемыми объектами, а не они сами. Эти структуры и отношения фиксиру-
ются в основных математических уравнениях, которые одинаковы во всех эквивалентных теориях. Следовательно, в рамках эпистемического и онти-ческого структурного реализма различные эквивалентные теории не противоречат друг другу, и, следовательно, снимается запрет на их совместное сосуществование в теоретической физике.
Список литературы:
1. Берке У Пространство-время, геометрия, космология. - М.: Мир, 1986.
2. Бройль Л. де Революция в физике. - М.: Госатомиздат, 1963.
3. Владимиров Ю.С. Метафизика. - М.: БИНОМ, 2002.
4. Владимиров Ю.С. Основания физики. - М.: БИНОМ, 2008.
5. Дюгем П. Физическая теория. Её цель и строение / Пер. с франц. -М.: Едиториал УРСС, 2001.
6. Максвелл Г. Онтологический статус теоретических сущностей // Философия науки. - 2005. - № 1 (24). - С. 20-48.
7. Попер К. Объективное знание: Эволюционный подход / Пер. с англ.
- М.: Эдиториал УРСС, 2002.
8. Пуанкаре А. О науке / Пер. с франц. - М.: Наука, 1983.
9. Садбери А. Квантовая механика и физика частиц. - М.: Мир, 1989.
10. Ферми Э. Лекции по квантовой механике. - Ижевск: РХД, 2000.
11. Хакинг Я. Представление и вмешательство. Начальные вопросы философии естественных наук / Пер. с англ. - М.: Логос, 1998.
12. Цао Т.Ю. Структурный реализм и концептуальные вопросы квантовой хромодинамики // Эпистемология и философия науки. - 2008. - Т. VII.
- № 3. - С. 143-156.
13. David R. Scientific Realism in the Age of String Theory // Physics and Philosophy. - 2007. - Vol. 11. - P. 1-35.
14. French S., Ladyman J. Remodelling structural realism: Quantum physics and the metaphysics of structure // Synthese. - 2003. - Vol. 136. - P. 31-56.
ВЛИЯНИЕ ПЛАТОНИЗМА И АРИСТОТЕЛИЗМА НА АЛЕКСАНДРИЙСКУЮ И АНТИОХИЙСКУЮ ТРИАДОЛОГИЮ
© Шульц Д.Н.*
Пермский государственный национальный исследовательский университет,
г. Пермь
В работе проанализированы две ключевые, александрийская и анти-охийская, традиции христианской мысли, с помощью триадологиче-
* Доцент кафедры Экономической теории и отраслевых рынков, кандидат экономических наук.
