CC BY
257
\ософия физики: главные смыслы и опыт преподавания
В. Н. КНЯЗЕВ
Введенный по инициативе ВАКа новый кандидатский экзамен «История и философия науки» прошел апробацию на кафедрах вузов страны. Разумеется, первый год преподавания данного курса и приема кандидатского экзамена уже позволяет сформулировать определенные оценки с точки зрения баланса разделов и тем, качества полученных аспирантами знаний и на основе этого внести коррективы на будущее. В данной статье я постараюсь поделиться частью собственного опыта преподавания философии физики. При этом следует иметь в виду, что представленный здесь материал может использоваться в рамках одного из трех обязательных фундаментальных разделов аспирантского курса «Современные философские проблемы отраслей научного знания». На работу с аспирантами естественнонаучного профиля выделяется максимум 8 часов лекций и 10 часов коллоквиумов (последнее - для аспирантов-физиков), где следует обсудить наиболее принципиальные вопросы философии физики, которые, с моей точки зрения, можно разделить на четыре содержательных блока: 1) Философ-
I
¡1 ■
■
#
а ч о
-8-
лз
® i
н
а сс ф
■е-
го
и
ские основания физики; 2) Философские проблемы квантовой физики; 3) Философские вопросы теории относительности и релятивистской космологии; 4) Детерминизм, самоорганизация и единство физического знания. Каждому из блоков соответствует базовая лекция и, как правило, один семинар, которые дополняются самостоятельной работой аспирантов. Хотя по этим проблемам имеется большая литература, все же основным информационным источником для аспирантов являются главы 2.1 и 2.2 учебника «Современные философские проблемы естественных, технических и социально-гуманитар-ных наук: учебник для аспирантов и соискателей ученой степени кандидата наук» (М.: Гарда-рики, 2006).
Философские
основания физики
Когда мы говорим о первом блоке, следует исходить из того, что современная физика представляет собой систему теоретических моделей природы, пронизанных онтологическими, эпистемологическими и методологическими смыслами, осознание которых реализуется в лоне философского знания. Взаимопроникновение этих форм знания (физики и философии) порождает смежную область знания, получившую название «фи-
лософия физики», или «философские проблемы физики». Если сама физическая наука есть высокоспециализированная деятельность ученых-физиков, связанная с выработкой, систематизацией и верификацией объективно истинного знания о природе с целью его последующего эффективного использования как в теории, так и на практике, то философия физики исследует прежде всего мировоззренческие и методологические вопросы, возникающие в ходе развития самого физического познания. Весьма показательным в этом отношении является высказывание А. Эйнштейна: «В наше время физик вынужден заниматься философскими проблемами в гораздо большей степени, чем это приходилось делать физикам предыдущих поколений. К этому физиков вынуждают трудности их собственной науки» . Другие классики физики XX в. -М. Планк, Н. Бор, В. Гейзенберг, Э. Шредингер, Л. де Бройль, М. Борн, В. Паули и др. - считали естественным для себя обсуждать принципиальные философские вопросы, появлявшиеся в процессе развития физического познания.
Более полно предмет философии физики включает в себя следующие аспекты:
1) онтологический аспект, т.е. выявление и изучение общих свойств и законов структурной организации и развития
1 Эйнштейн А. Собр. науч. трудов. Т. 4. М., 1967. С. 248.
различных типов природно-ма-териальных систем;
2) эпистемологический аспект, т.е. логико-гносеологическое обоснование физических теорий и их важнейших элементов (принципов, законов, фундаментальных понятий), определение их степени универсальности и границ применимости, выявление содержательной логики теорий;
3) методологический аспект, т.е. исследование методологии физического познания, анализ процессов дифференциации и интеграции знания, соотношения между новыми и старыми физическими теориями, различными методами познания, определение возможностей и сферы применимости частных и общенаучных методов;
4) социокультурный аспект, т.е. изучение социальных последствий и аксиологических смыслов применения соответствующих физических идей, выявление культурно-историческо-го статуса науки, ее места в современном научно-техническом прогрессе.
Рассмотрим теперь кратко, в чем же конкретно раскрываются основания физики? Термин «основания» указывает на существенные истоки реального развития системы физического знания: от оснований зависит все то, что обосновывается ими. Существуют, по крайней мере, четыре вида компонентов осно-
ваний физики: онтологические, логико-гносеологические, методологические и социокультурные детерминанты развития физической науки.
Одним из важнейших проявлений онтологических оснований физической науки служат такие ее фундаментальные понятия, как «физическая реальность», «законы природы», «взаимодействия элементарных частиц и полей» и т.п.
Методологические основания физики включают в себя целый спектр средств познания, без которых трудно представить само ее (физики) развитие. К ним прежде всего относятся: физическая картина мира, фундаментальные парадигмы физики, методология физических исследовательских программ, тематический анализ физической науки и некоторые другие.
Наиболее развернуто концепция социокультурной обусловленности развития физики представлена идеями экстерна-лизма. Идеалы, нормы и ценности познания всегда вплетены в широкие историко-культурный и социально-психологический контексты деятельности ученых. Историчность и социокультурная обусловленность физического познания нашла свою явную форму выражения в последовательных стадиях научной рациональности в классической, неклассической и постнекласси-ческой фазах развития науки".
у;-
и
2 Об этих исторических типах научной рациональности более подробно читайте: Степин B.C. Философская антропология и философия науки. М., 1992. С. 177-189; его же. Философия науки. Общие проблемы. М„ 2006. С. 315-328.
а
с£
ф
-в-п
1®
а
ЕС
Ф
Здесь следует оговориться, что физическая наука (как и наука вообще) в современном смысле слова возникла лишь во времена Галилея-Ньютона (XVII в.). Все те знания, которые развивались до этого времени (античная наука, средневековая наука, наука эпохи Возрождения), носили принципиально умозрительный, натурфилософский характер и могут быть названы «преднау-кой».
В развитии концептуальных оснований физики все еще недостаточно изучена внутренняя логика и сам механизм преемственности знания. Об этом свидетельствует обстоятельный анализ многообразия фундаментальных физических парадигм, проведенный Ю.С. Владимировым1. В логико-гносеологиче-ском плане основания современной физики - это, прежде всего, те фундаментальные принципы и идеи, которые в качестве основных стержней, коренных теоретических положений направляют общий ход научного поиска, способствуют становлению и обобщению физического знания как определенной теоретической структуры, формируя в идеале целостную концептуальную систему.
Фундаментальной иллюстрацией онтологических оснований физики является развитие представлений о физической реальности. Следует напомнить аспирантам, что сама проблема
реальности в философии и физике возникла во времена становления этих форм знания. Древние натурфилософы вели споры о реальности исходных первостихий, таких как числа, апейрон, хаос, логос, номос, эй-дос, гомеомерии, атомы и др.
С точки зрения наивного реализма никакой проблемы реальности просто нет, ибо реальность есть сама природа, внешний мир, данный нам в восприятиях, представлениях и теоретических моделях, выражающих все ее существенные свойства. С позиций здравого смысла с этим в целом можно согласиться в рамках макроскопического, земного мира, изучавшегося классической наукой. С другой стороны, проблем-ность начинает возникать уже и в самой теории Ньютона, оперирующей движениями материальных точек в пространстве и времени, и в теории Максвелла, описывающей изменения характеристик электромагнитного поля в пространстве и во времени. И в том, и в другом случаях, по сути, речь идет об адекватном теоретическом моделировании того, что происходит в природе. Однако ситуация довольно принципиально меняется в релятивистских и квантовых областях.
Мой опыт показывает, что в работе с аспирантами следует подчеркнуть, что в философии далеко не всегда обращается
1 См.: Владимиров Ю.С. Метафизика. М., 2002.
внимание на возникшую еще в античности гераклито-элейскую коллизию, раскрывающую противостояние изменчивости и устойчивости в мире. В современном звучании это конкретизируется в представлении о двух дополняющих друг друга уровнях реальности: феноменальной (предметно-событийной) и но-мической (эйдетической) реальностях. Философское разделение реальности на предметно-событийную и эйдетическую как на явления и сущности дополняется самим процессом развития науки, которая стремится за явлением «увидеть» сущность, сформулировать последнюю как «научный закон». Хотя сама философия не изучает законы природы и общества, но именно она формирует представления о сущности закона, о «законе вообще». В той мере, в какой философия не изучает предметно-событийную (феноменальную) реальность (это задача естественных и социальных наук), свою предметность она видит не в самих явлениях и процессах непосредственной действительности, а в создании метафизической реальности, выражающейся в системе философских принципов и категорий. Следует особо подчеркнуть, что само признание существования законов природы (номическая реальность) есть философский постулат, обращенный к общим свойствам природы. Конкретные же законы природы изучаются конкретными естественными науками.
Физика была и остается ныне наукой, изучающей наиболее исходные, фундаментальные свойства и законы природы. Главная трудность в познании последних заключается в поиске их адекватного описания и объяснения. В современной физике она усугубляется тем, что ее объект принадлежит качественно разным областям действительности (микро-, макро- и мегамиру). Теоретико-познавательные ситуации, возникающие в рамках современной физики, часто представляются довольно сложными. Постоянно происходит как развитие содержания существующих, так и возникновение новых физических идей, принципов и понятий. Поэтому любая новая физическая теория (скажем, квантовая хромодина-мика) неизбежно использует уже известные понятия, экстраполируя их в еще не исследованную область действительности. Безусловно, экстраполяции подвергаются не только физические понятия, но и математические методы, пространственно-временные представления, принципы инвариантности, причинности и т.п.
Перейду теперь собственно к понятию физической реальности, которое выступает одним из исходных и фундаментальных в методологии физики XX в. Эйнштейн был первым, кто придал ему смысл метанаучной категории, значимой для анализа природы физического знания, особенно с учетом появления
й1 №й
1 ^ |
в дан в
Ш!
■
я
3
а
с«
О
■в" ю
Р
Шй м
I
i
!1 ■и
•Ч! О.
ч ф
■8-10
копенгагенской интерпретации квантовой механики. Он писал: «Физика есть стремление осознать сущее как что-то такое, что мыслится независимым от восприятия. В этом смысле говорят о «физически реальном». В до-квантовой физике не было сомнений, как это следует понимать... В квантовой механике это менее ясно»4.
Реальность, как она дана ученому-физику, - это реальность, усматриваемая посредством определенной физической теории. Разумеется, эта реальность имеет некий теоретико-модельный характер, т.е. представляет собой систему теоретических конструктов, в которых моделируется объективный мир природы. Понятие «физическая реальность» характеризует аспект объективного мира, изучаемый физикой.
Смысловая тонкость этой проблемы определяется тем, что реальность как существование подразумевает целый спектр значений:
1) реальность как существование самих природных явлений, процессов, предметов, тел, вещей и их свойств и отношений (феноменальная реальность);
2) реальность как существование законов природы, т.е. отношений между сущностями, сущностных отношений (номи-ческая реальность);
3) реальность тех теоретических конструктов и понятий, которые можно объективировать (т.е. выявлять их онтологическое содержание), хотя они и существуют в лоне теоретического мышления;
4) реальность тех абстрактных понятий, которым трудно (или невозможно) приписать объективный смысл, например, волновая функция в квантовой механике, мнимая единица, фо-ноновые волны, спинорные поля и пр.;
5) реальность языковых форм: слов, предложений, текстов, отдельных формул, знаков, цифр и в целом математического формализма.
С одной стороны, понятие физической реальности по-своему «снимает» (в духе категории «снятие») границы между разными смыслами слова «реальность», с другой стороны, в самой интегративности термина «физическая реальность» сохраняется момент внутренней неопределенности. Многие споры и дискуссии, существующие до сегодняшнего дня в физике, обусловлены различными интерпретациями конкретных «аспектов» физической реальности. В частности, в физике весьма значимыми являются обсуждения различий между действительными (актуальными) и виртуальными (возможными) частицами и процессами. В этом
4 Эйнштейн А. Творческая автобиография // Эйнштейн А. Физика и реальность. М., 1965. С. 161-162.
смысле физическая реальность включает в себя не только актуальную, но и виртуальную реальность.
Примером одного из базовых конструктов физики, выполняющих как мировоззренческую, так и методологическую функции, является физическая картина мира. Следует признать, что любая научная картина мира (НКМ) представляет собой исторически изменяющуюся регулятивную систему знания, отражающую отношение человека к миру, его способ видения, понимания и оценки реальности. При этом сами термины «картина» и «мир» являются далеко не однозначными. Даже представляя мир как природу, мы должны согласиться, что в полном объеме вся природа не познана. Метафоричность смысла термина «картина» позволяет включить в него и чувственно наглядный, и концептуальный компоненты. В целом, «картина мира» как компонент культуры есть порождение новоевропейского этапа ее развития.
Подчеркну также, что с аспирантами следует обсудить вопрос о понимании природы НКМ, по которому ныне нет принципиального единства. Одни трактуют ее как раздел философского знания, другие - как познавательный феномен в лоне соответствующей конкретной науки, третьи считают, что НКМ занимает промежуточное место между философией и естественно-научными теориями. Учиты-
вая принципиальную роль физики в системе научного знания, физическую картину мира (ФКМ) следует понимать как одно из фундаментальных методологических средств научного познания, которое путем создания своеобразной широкой панорамы знаний о реальности выявляет ценностно-мировоззренческий смысл человеческих представлений о неживой природе (физически реальном). Главное значение такого феномена научного познания состоит в обеспечении синтеза знаний о физической реальности, что реализует принципиальную связь различных разделов физики (физических теорий). ФКМ есть специфический образ мира, принципиально необходимый и существенный компонент самой физической науки, который на каждом данном этапе развития познания выражает целостное представление о мире физических явлений.
Исторические виды ФКМ формировались после возникновения науки в современном смысле этого слова, начиная со времен Галилея-Ньютона. Вплоть до конца XIX в. картина мира строилась на классических представлениях сначала механики, затем электромагнетизма. Достижения и ограниченности классической физики исторически обусловлены и понятны в той мере, насколько она принимала механику Ньютона не только как эталон физического знания, но и как идеал всего на-
11 1§ш
&
НБ
11$ |||
ii
О. о т
!!!» ю
ii ||
О.
ч
ф
■е-
т
учного знания, а механическая картина мира распространялась не только на физику, но и на все естествознание. При переходе от механической к электромагнитной картине мира физики фактически вышли на изучение новых типов объектов - полей, хотя во многом неосознанно стремились экстраполировать прежние идеалы познания. Лишь по мере накопления теоретических и экспериментальных данных становилась очевидной необходимость создания новой картины мира, отражающей новые типы явлений и процессов. Революция в физике и кризис прежних физических представлений и идеалов привели к новому видению субъект-но-объектных отношений в научном познании. Суть этого поворота обусловлена формированием релятивистской и квантовой физики и соответствующих картин мира.
Философские проблемы
квантовой физики
Второй блок вопросов курса по философии физики связан с интерпретациями квантовых идей. Дискуссии философско-мировоз-зренческого характера начались по сути с самого начала XX в. после введения М. Планком идеи кванта действия. Однако появление в 1925-1926 гг. квантовой механики революционно изменило физическое знание.
Фундаментальные результаты, полученные В. Гейзенбергом и Э. Шредингером, а затем их дополнение, развитие и осмысление Н. Бором, М. Борном, П. Йорданом, П. Дираком, В. Паули и др., привели к становлению принципиально неклассических представлений о реальности, пересмотру категорий причинности, закономерности, необходимости и случайности. В итоге это сказалось на изменении структуры субъект-объектных отношений, идеала научного познания и ряда онтологических категорий. Создание квантовой механики и попытки осознания ее основ привели к качественно новым гносеологическим и методологическим выводам, что затрагивало и проблему сознания, и проблему физической реальности, истинности, интерпретации и понимания теории и многое другое. В квантовой механике существенными являются проблемы понимания волновой функции, принципа неопределенности, редукции волнового пакета, вопрос о полноте квантово-ме-ханического описания. Следует отметить критическую позицию по отношению к смыслам кван-тово-механического описания микрообъектов, которую заняли Эйнштейн, Л. де Бройль и некоторые другие физики. Главными были вопросы об интерпретации квантовой механики, ее основного понятия - волновой функции (пси-функции), о полноте описания реальности.
чАЬ
Ограничусь лишь одним высказыванием Эйнштейна: «Принципиально неудовлетворительным в этой теории, на мой взгляд, является ее отношение к тому, что я считаю высшей целью всей физики: полному описанию реального состояния произвольной системы (существующего, по предположению, независимо от акта наблюдения или существования наблюдателя)»5. В отличие от Эйнштейна, Бор дает принципиально противоположную оценку сути квантовой механики: «По моему мнению, если мы имеем логически непротиворечивый математический аппарат физической теории, то единственный способ доказать его несостоятельность заключается в том, чтобы показать, что его следствия расходятся с опытом или что его предсказания не исчерпывают того, что может наблюдаться на опыте. Аргументация же Эйнштейна не приводит ни к тому, ни к другому»6.
Важно подчеркнуть на занятиях с аспирантами, что в квантовой механике существуют, по крайней мере, два фундаментальных типа процессов: эволюция состояний квантово-механи-ческой системы в соответствии с уравнением Шредингера и процесс редукции волнового пакета, происходящий скачкообразно при измерении. Если объясне-
ния различными авторами первого типа квантово-механиче-ских процессов характеризуются принципиальным единством, то второй тип порождает множество точек зрения в зависимости от общей схемы интерпретации квантовой механики. Наиболее признанной и распространенной является так называемая копенгагенская интерпретация. Правда, как правило, и в ней насчитывают три-четыре существенно различающихся варианта. Но все же можно выделить два важнейших принципа: принцип дополнительности Бора и постулат редукции волнового пакета, наиболее последовательно сформулированный фон Нейманом.
Как известно, первоначально принцип дополнительности Бора возник как истолкование соотношений неопределенностей Гейзенберга. На основе последних Бор развил концепцию, согласно которой импульс и координата являются дополнительными характеристиками квантового объекта. В последующем стало возможным, используя боровскую терминологию, характеризовать процесс редукции волнового пакета в качестве дополнительного к процессу шре-дингеровской временной эволюции волновой функции, что в конечном счете является отражением дополнительности меж-
и®
Ш!
ж
Эйнштейн А. Собр. науч. трудов. Т. 4. С. 296.
6 Бор Н. Дискуссии с Эйнштейном о проблемах теории познания в атомной физике // Бор Н. Атомная физика и человеческое познание. М., 1961. С. 81.
а
Е*
ф
■В-<0
ду классической и квантовой механиками.
При этом ряд исследователей (например, Л.Г. Антипенко, A.A. Гриб, Г.-Ю. Тредер и др.), следуя фон неймановскому духу квантовой теории измерений, истолковывают редукцию вол-нового пакета как вмешательство сознания, активно меняющего физические свойства микрообъектов. Однако все же большая часть физиков и философов склоняются к тому, что решающим для процесса редукции является не само наличие сознания, а существование принципиальной границы между квантовой (микрообъект) и классической (макроприбор) областями физики. Такая точка зрения представляется более разумной, поскольку измерение в квантовой механике делает актуальной ту или иную потенциальную возможность. Стремление найти в квантовой области более полный объективный смысл привело В.А. Фока к разработке концепции «относительности к средствам измерения», которую Б.Я. Пахомов вполне правомерно довел до концепции «относительности квантового явления к типу физического взаимодействия».
Далее с аспирантами следует
обсудить на семинарах некото-
рые альтернативные копенга-
^ генскому подходы к интерпре-
ф тации квантовой механики: речь
"6" идет о так называемых «лео-т
классических», статистическои
и многомировой интерпретациях. При этом именно многомировая интерпретация квантовой механики, которая не нуждается в классическом наблюдателе и постулате редукции, представляется ныне наиболее адекватной при рассмотрении космологических проблем. Особую популярность многомировая интерпретация приобрела в 1980-е годы в связи с развитием квантовой космологии. Заслуживающими внимания представляются также холистская интерпретация Д. Бома, метод квантования путем континуального интегрирования Р. Фейнмана, «брюссельская» интерпретация И. Пригожина, интерпретация квантовой механики с позиций бинарной геометрофизики Ю.С. Владимирова и некоторые другие, сообщения по которым также можно обсудить на семинарских занятиях.
Подводя итог обсуждению проблем оснований квантово-физического описания реальности, необходимо отметить следующее. Существующее многообразие подходов к интерпретации квантово-механического знания выступает неизбежным атрибутом современного состояния квантовой физики. Не является окончательно разрешенной сама проблема синтеза «линий» Бора и Эйнштейна, о чем явно свидетельствуют обсуждения вокруг «темы Белла» -как собственно теоретических оценок самих неравенств, так
и экспериментальной проверки вытекающих из них (неравенств) следствий. Вместе с тем в ряду современных форм концептуального объяснения природы квантовой реальности все большее звучание приобретают принципы нелокальности, несепарабельности (нераздельности, целостности), реляционного подхода. Существующий ныне плюрализм в интерпретации квантовой механики осознается научным сообществом вполне отчетливо. Истоки такого положения дел во многом связаны с тем подходом, относительно которого еще в 1979 г. известный физик-теоретик М. Гелл-Манн точно заметил: «То обстоятельство, что адекватное философское обоснование квантовой механики столь долго складывалось, несомненно, объясняется тем, что Нильс Бор внушил целому поколению физиков-теоретиков, что эта работа уже проведена пятьдесят лет назад» .
Философские вопросы
теории относительности и релятивистской
космологии
Релятивистскую физику Эйнштейн создавал в два этапа: специальная (частная) теория относительности (СТО — 1905 г.), часто интерпретируемая как
теория пространства-времени, и общая теория относительности (ОТО - 1916 г.), понимаемая в качестве релятивистской теории тяготения. У истоков создания СТО лежит творческая деятельность главным образом трех ученых - Г. Лоренца, А. Пуанкаре и А. Эйнштейна. Первым двум в самом начале XX в. удалось разработать математический аппарат, физический смысл которому придал молодой Эйнштейн в знаменитой работе «К электродинамике движущихся тел». Он опирался на два постулата: 1) постоянство скорости света в вакууме вне зависимости от характера движения систем отсчета; 2) законы физики должны быть инвариантны (одинаковы) в любой инерциальной системе отсчета. Эти требования привели к физическому осмыслению преобразований Лоренца, к так называемым релятивистским эффектам сокращения длин и замедления хода времени, к относительности одновременности, к инвариантности так называемого интервала. Главное значение СТО состояло в том, что была выявлена релятивистская связь между физическими понятиями пространства и времени, приведшая к становлению понятия пространства-времени, выражающего эту связь. В свою очередь, Г. Минковскому удалось придать этой связи смысл удач-
11« I
И
Я
7 Цит. по: Садбери А. Квантовая механика и физика элементарных частиц. М., 1989. С. 245.
а et ф
-в-
to
ii §
а =с
ф
«в
нои геометрической модели -четырехмерного геометрического многообразия. Главный содержательный, физический смысл СТО состоял в том, что возникла механика (кинематика) движений, происходящих со скоростями, сравнимыми со скоростью света. Сама же скорость света есть максимально возможная скорость процессов в природе. Фактически СТО установила относительный характер пространственно-временных свойств, выявляемых в физическом исследовании. Философ-ско-мировоззренческий смысл этой относительности может быть интерпретирован как зависимость пространственно-временных свойств от характера движения и взаимодействий соответствующих природных процессов. Еще в большей степени эта зависимость может быть выявлена в рамках анализа смыслов, которые содержит в себе ОТО.
Обсуждая с аспирантами идеи релятивистской физики, мы неизбежно приходим к тому, что теоретическими предпосылками создания эйнштейновской ОТО явились математические исследования различных вариантов неевклидовой геометрии в первой половине XIX в. (Н.И. Лобачевский, Я. Бойяи, К. Гаусс, Б. Риман). Неевклидова геометрия исходно вырастала на основе отказа от пятого постулата Евклида. Интересно отме-
тить, что хотя в математической истинности своего варианта геометрии Лобачевский не сомневался и даже стремился с помощью экспериментов доказать его справедливость, он все же назвал его «воображаемой геометрией» в противовес «наглядной» геометрии Евклида.
Становление и развитие ОТО служит довольно убедительной иллюстрацией тезиса о развитии знания от абстрактного к конкретному в теории. В самом деле, первоначально возникшая у Эйнштейна идея об общей относительности как теории, обобщающей принцип относительности для произвольно выбранной системы отсчета, в конечном счете привела к релятивистской теории тяготения. Одной из центральных идей ОТО следует считать положение, которое Эйнштейн выразил следующими словами: «В общей теории относительности представления о пространстве и времени, или кинематика, перестают быть фундаментальными, независимыми ни от чего понятиями физики. Геометрические характеристики тел, их поведение и ход часов зависят прежде всего от гравитационных полей, которые в свою очередь создаются материальными телами»8.
Другой постулат ОТО -принцип эквивалентности, явно отождествляющий инерцию и
! Эйнштейн А. Собр. науч. трудов. Т. 1. М., 1966. С. 680.
тяготение, неявно ведет к представлению о том, что симметричный фундаментальный тензор йк определяет как метрические свойства пространства, так и действие гравитации. В действительности же принцип эквивалентности не несет в себе полного решения проблемы геометризации гравитации, что связано с его локальным характером и, следовательно, неприменимостью к гравитационному полю в целом.
Обычно при интерпретации математического формализма ОТО полная геометризация гравитации осуществляется на основе гипотезы о том, что метрический тензор характеризует и потенциалы поля, и кривизну пространства; более того, по существу происходит полное отождествление последних. Результатом такого отождествления оказывается, что ОТО отошла в сторону от магистральной линии, намеченной ее постулатами, ибо свелась к теории искривленного пространства-времени.
Мой опыт в работе с аспирантами показывает, что им следует разъяснять, как исходные мировоззренческие положения при создании любой фундаментальной конкретно-научной теории влияют на смысл самих этих теорий, не говоря уже об их философском значении. Представление о физической реальности поля тяготения по сути означает, что гравитация есть вид «физической» материи. В таком слу-
чае гравитационное поле характеризуется потенциалами и на-пряженностями поля, так что эти величины, как и другие предполагаемые физические свойства поля, не являются в настоящее время непосредственно измеряемыми, наблюдаемыми величинами. Следует признать, что неоднородность напряженности гравитационного поля интерпретируется подчас как кривизна пространства. Однако надо иметь в виду, что полная замена гравитации метрикой пространства-времени неправомерна, что следует из принципиального содержания ОТО. Вообще, нельзя требовать от конкретно-научной теории (в данном случае от ОТО) больше того, что она вправе дать: ОТО вскрывает лишь одну определенную сторону гравитационного поля - его геометрический аспект. Феномен же гравитации не сводится к единственному аспекту - метрике пространства-времени, а лишь проявляется в нем.
История физической науки неопровержимо доказывает, что ее собственный ход развития связан со вскрытием все более и более глубоких закономерностей, управляющих, на первый взгляд, качественно различными областями физических явлений. Установление все большего числа таких закономерностей является бесспорным свидетельством диалектики дифференциации и интеграции современного физического знания, что
j
■
Iiis
11
а et
О
-в-(О
1
i
ii
и
а
"=С а>
■е-
(О
&
показательно проявляется в релятивистской космологии.
Согласно современным космологическим представлениям, наиболее распространенной и признанной является модель расширяющейся Вселенной. При этом само понятие «рождение Вселенной» отражает то, что происходит благодаря «Большому взрыву», а последующее расширение Вселенной нельзя понимать так, что это - процесс перехода вначале крайне плотной материи в некую окружающую пустоту, ибо таковой окружающей пустоты просто нет. В философско-мировоззренче-ском плане Вселенная есть все существующее, вне ее нет ничего, в том числе, разумеется, и пустоты. Причинами начала расширения Вселенной выступают квантовые эффекты, возникающие в поле тяготения при огромных плотностях материи. Эти эффекггы во многом еще не ясны, современная физическая наука лишь начинает их исследовать и осмысливать; сам термин «Большой взрыв» - более метафора, чем точный теоретический конструкт. Современная космология еще не в состоянии дать достаточно достоверный ответ на вопрос о том, что же было до начала расширения Вселенной. Можно с известной определенностью сказать, что началу расширения предшествовало некое сингулярное состояние. Физическая наука может выдвинуть лишь некоторые гипотезы относительно сущности этого состояния и дейст-
вующих в нем закономерностей.
Исходя из общефилософских положений, можно предположить, что физические законы, которые выражают гипотетические свойства сингулярного состояния, принципиально отличны от ныне известных законов. Если стремиться последовательно проводить реалистический взгляд на природу, можно абстрактно утверждать, что само сингулярное состояние есть продукт некоего предшествующего развития материи. Видимо, вполне удовлетворительно в качестве относительно первой формы движения принять ту, которая возникла при Большом взрыве, т.е. речь идет о моменте перехода от сингулярного состояния к известным ныне базовым формам движения - это движения элементарных частиц и их взаимодействия.
Согласно концепции глобального эволюционизма, благодаря общей картине развития природы обобщается и систематизируется имеющийся разнообразный естественно-научный материал. Вместе с тем заостряется ряд методологических проблем, решение которых может быть получено только в рамках соответствующих конкретных направлений развития современной науки. Картина природы показывает все многообразие процессов в Метагалактике в аспекте концепции самоорганизации и антропного принципа в космологии.
Следует подчеркнуть, что механизм становления и функ-
ционирования Вселенной в настоящее время изучен лишь в общих чертах. «Действительно, согласно стандартному варианту теории горячей Вселенной, -пишет АД. Линде, - Вселенная должна была расширяться, постепенно остывая, из состояния, когда ее температура могла достигать Т ~ 101 ГэВ. Это означает, что на самых ранних стадиях эволюции Вселенной симметрия между сильными, слабыми и электромагнитными взаимодействиями должна была быть восстановлена. При остывании Вселенной должен был происходить ряд фазовых переходов, в результате которых симметрия между разными видами взаимодействий нарушалась»9. Более конкретно можно выделить несколько гипотетических этапов эволюции начальных моментов образования Вселенной. Первый из них начинается от времени сек. после Большого взрыва и длится до Ю-35 сек. Этому этапу соответствует сохранение Великого объединения (нет принципиальной разницы между сильными, слабыми и электромагнитными взаимодействиями) и несохранение барион-ного заряда (кварки смешаны с лептонами). Второй этап длится от 10~35 сек. до 10 10 сек.; в этот период сильные взаимодействия отделяются от электрослабых, лептоны - от кварков, создается барионная асимметрия Вселен-
ной. В момент времени 10"10 сек. происходит фазовый переход, в рамках которого нарушается симметрия между слабыми и электромагнитными взаимодействиями; в итоге изначальное супервзаимодействие расщепляется на четыре типа. На четвертом этапе - от 10 7 сек. до 10" сек. - появляются кварки, находящиеся в тепловом равновесии. На пятом этапе - 10" сек. и далее - образуется первичный водород и гелий, что находит свое подтверждение в наблюдениях его процентного состава во Вселенной.
Современные теоретические исследования периода начального расширения Вселенной ведутся с позиций квантовой космологии. При этом в отношении самых первых моментов времени (до Ю-43 сек.) современная физика лишь предполагает проявления таких квантово-гравитационных эффектов в сверхсильных полях, от осмысления роли которых зависит представление о строении Вселенной в целом. Попытки объяснить сингулярность пока лишь умозрительны и ведутся в рамках принципиально неклассических идей. Можно предположить, что дальнейшее исследование явлений сингулярности приведет в последующем к созданию новой фундаментальной теории, что фактически превратит современную революцию в
9 Линде А.Д. Физика элементарных частиц и инфляционная космология. М„ 1990. С. 5.
III
Ф®
К'
й!
и
7 Зак. 3120
О.
ч
О
■В-
<о
и
Ж III
iW
III
Q.
Ф
■8-<0
космологии из «локальной» в «глобальную». Согласно принципу соответствия, современная физика может оказаться лишь одним из частных вариантов будущих физических идей и представлений, основанных на неординарных новых принципах и законах, фундаментальных константах и свойствах пространственно-временной структуры. Задачам философско-методологического анализа формирования новых моделей «неклассического» типа до сих пор уделяется явно недостаточное внимание. Представляется, что от результатов такого анализа во многом зависит мировоззренческая и методологическая ориентация ученых-физиков, их готовность генерировать «бу-зумные» идеи, связанные, скажем, с проблемами «темной материи» (скрытой массы) и ускоренного расширения Вселенной.
Согласно инфляционной теории, вечный характер существования Вселенной в целом, по существу, означает, что она не меняется во времени. Последнее обстоятельство находит отражение в отсутствии зависимости от параметра времени так называемой волновой функции Вселенной и в том, что само изменение предполагало бы существование чего-то неизменного, находящегося за пределами Вселенной. В самом деле, если
под Вселенной в целом понимается все, то это означает, что нет никакого внешнего наблюдателя, который бы по своим часам фиксировал процессы изменения Вселенной. Однако мы воспринимаем и познаем реально происходящие процессы самоорганизации, основанием чего служит разделение Вселенной на две части - макроскопического наблюдателя и все остальное.
В этой связи уже сейчас встают такие мировоззренчески значимые вопросы, которые в настоящее время еще не нашли полного разрешения ни в философии, ни в физике. Скажем, исследования в рамках инфляционной космологии приводят к обсуждению почти фантастических сюжетов, объединяющих космологию и физику элементарных частиц в новом знании -космомикрофизике (Я.Б. Зельдович, А.Д. Сахаров), что в англоязычной литературе получило название «Astroparticle Physics»10
Детерминизм,
самоорганизация
и единство физического знания
Кратко говоря о четвертом блоке проблем философии физики, подчеркну, что с аспирантами необходимо обсудить суть современного детерминизма, смыс-
10 См.: Сахаров А.Д. Космомикрофизика - междисциплинарная проблема. Координация исследований по космомикрофизике // Вестник АН СССР. 1989. №4. С. 39.
ловые идеи концепции самоорганизации в физике XX в., а также проблему единства физики.
Философский детерминизм выступает как учение о всеобщей обусловленности и определенности явлений и процессов действительности. Такая обусловленность и определенность обеспечивается множеством детерминирующих факторов. Главными категориями современного философского детерминизма являются «причинность», «взаимодействие», «закономерность», «сущность», «условия», «случайность», «возможность» и др. При этом именно системный характер причинно-следственных связей, взаимодействий и закономерностей выражает в наиболее существенной форме философский детерминизм. Иначе говоря, принцип детерминизма включает в себя совокупность принципов причинности, взаимодействия и закономерности.
В чем же выражается детерминирующая функция законов объективного мира? Характеризуя закон как внутреннюю, необходимую, существенную и повторяющуюся связь между явлениями, по сути раскрываем его (закона) имманентный характер по отношению к миру явлений, процессов, событий. Вместе с тем это означает, что он не обладает свойствами «действия», «подчинения», «господства» над явлениями. Когда мы говорим о «действии» зако-
на, то имеем в виду его объективное существование, те или иные формы его проявления. Разумеется, закон не действует в смысле некоторой силы. Само бытие закона означает, что определенные явления ведут себя в определенных обстоятельствах определенным образом, а не иначе. Вот этот определенный образ бытия, поведения предметов, явлений и есть существование закона.
Необходимо подчеркнуть, что каждый закон объективного мира особым образом детерминирует (определяет) собственные формы своего проявления, аналогично тому, как сущность обусловливает явление. Если отрицать такую детерминирующую функцию закона в отношении явлений, то это будет означать, по сути, искусственный отрыв явлений от их сущностей, от законов объективного мира.
Другим аспектом современной концепции детерминизма является использование принципа причинности. В литературе этот аспект настолько основательно разработан, что пронизывает ментальность большинства современных ученых и философов с точки зрения чуть ли не отождествления причинности и детерминизма (причина порождает следствие, и тем самым следствие детерминировано своей причиной). Здесь следует обратить внимание аспирантов на возможность особенной трактовки причинности. А именно:
¡¡Щи
Ш\
Ш
1
а ч
а>
-е-
го
| I
Цш щ |
а ф
■е-
т
&
основу причинности можно видеть во взаимодействии. Действительно, причина есть само взаимодействие противоположных в каком-то отношении явлений, которое вызывает (порождает) определенное изменение (следствие). Взаимодействующие объекты обусловливают те или иные их собственные изменения. Взаимодействие как сущность выступает в действительности через свое существование - изменение. В этом контексте взаимодействие (как сущность) есть внутренняя причина, а изменение есть следствие. И то, и другое по существу один и тот же процесс, лишь взятый с разных сторон.
Одной из актуальных задач современного научного познания является анализ новой эволюционной парадигмы - парадигмы самоорганизации, которая призвана положить начало новому диалогу человека с природой (И. Пригожин). Обновлению представлений о самоорганизации способствует развитие такого направления междисциплинарных исследований, как синергетика (Г. Хакен). Исходный пункт синергетической концепции самоорганизации -это идея взаимодействия элементов, частей или подсистем как внутри конкретной сложной системы, так и с окружающей средой. Все же взаимодействие системы и среды, приводящее к
неравновесности и усилению флуктуаций, выступает в качестве решающего фактора для возникновения когерентного, согласованного поведения подсистем открытых нелинейных систем. Иными словами, самоорганизация всегда связана с кооперативными процессами, с коллективным согласованным поведением частей системы, благодаря которому возникают новые структуры.
С точки зрения синергетики необратимый характер происходящих в мире процессов закономерно приводит к обсуждению понятия «направление времени». Конкретные реальные системы существенно отличаются от изолированных идеализированных систем, изучавшихся физикой до последнего времени. Тем не менее, как указывает Пригожин, «образ устойчивого мира - мира, избегающего процесса возникновения, вплоть до нашего времени остается идеалом теоретической физики»". Видимо, это объясняется редукционистской тенденцией в развитии физики, связанной со стремлением истолковать сложное через простое, обусловить свойства и движения макротел свойствами молекул, атомов и элементарных частиц. Только в последние десятилетия, начиная с работ по неравновесной термодинамике и проблемам космомикрофизики, в
11 Пригожин И.Р. От существующего к возникающему. Время и сложность в физических науках. М., 1985. С. 23.
области теоретической физики стали реализовываться возможности целостного, системного подхода, все более вытесняющего редукционистский.
Вопрос о единстве физического знания по своей сути во многом обусловлен степенью развития физики как науки о материальных взаимодействиях. Одна из важнейших проблем современной физики состоит в исследовании специфики каждого и единства всех типов фундаментальных взаимодействий. Современные физические теории уже привели к определенным достижениям в решении этой проблемы. Так, около трети века тому назад была построена единая теория электромагнитных и слабых взаимодействий. Конечно, в этой теории нет буквального сведения одних взаимодействий к другим, а вскрывается то общее, что свойственно взаимодействиям того и другого типа. Если раньше проявления этих взаимодействий казались настолько непохожими друг на друга, что описывались разными теориями, то теперь удалось построить их общую теоретическую модель, которая объясняет сущностные истоки обоих типов взаимодействий. Успехи, связанные с развитием единой теории электрослабых взаимодействий, настраивают теоретиков на дальнейшие объединения. Уже сегодня существуют теоретические модели «ве-
ликого объединения» (Grand Unification), связывающие в единое целое электрослабые и сильные взаимодействия. Еще более диковинной представляется область физики, исследующая возможности объединения всех видов взаимодействий (в том числе гравитационных), которую можно назвать «величайшим объединением» (Super Unification) или концепцией супервзаимодействия.
Ныне единство физического знания находит свое выражение в конкретном многообразии научных теорий, в единстве концептуально-понятийных структур физики, их методологических оснований, принципиальном единстве физической картины мира, стилей мышления, исследовательских программ, математического формализма. Существенные аспекты единства физического знания реализуются через принципы соответствия, преемственности, детерминизма, системности, целостности, единства мира, всеобщей взаимосвязи и развития, самоорганизации и структурности, проявляются в диалектике конкретного и абстрактного, объективного и субъективного, абсолютного и относительного, исторического и логического, симметрии и асимметрии, линейности и нелинейности.
Важно показать аспирантам, что концепция супервзаимодействия по-новому ставит вопрос о
1 |р®
Щ
I
Ш
if
а
ЕС Ф
■е-
(О
и
ilÉ
в lili
ii
III
i« i |й
a tí Ф
■6" re
фундаментальности так называемых фундаментальных типов взаимодействий. Еще недавно электромагнитные, слабые, сильные и гравитационные взаимодействия считались чуть ли не абсолютно фундаментальными, потому что каждое из них нельзя ни объяснить, ни вывести из существования других видов взаимодействий. Типы фундаментальных взаимодействий различаются по величине константы связи. Однако нет абсолютной неизменности констант связи, а так называемые эффективные константы связи изменяются в зависимости от энергетических параметров. При сверхвысоких энергиях (в масштабе планковских параметров - 1019 ГэВ) теоретически установлена тенденция к слиянию констант связи, что приводит к представлению об унификации всех фундаментальных сил природы. Согласно концепции супервзаимодействия, само оно (супервзаимодействие) есть не номинальный, а реальный динамический процесс самоорганизации материи, начавшийся с Большого взрыва. Это позволяет на основе теоретической экстраполяции моделировать сам механизм «расщепления» супервзаимодействия на «дочерние ветви», рассматривать дальнейшую дивергенцию фундаментальных взаимодействий и обсуждать различные «сценарии» эволюции Вселенной. Одновре-
менно процесс самоорганизации и усложнения мира задает направленность космологической «стрелы времени», которая связана с необратимостью последовательных переходов от одних бифуркаций к другим. Основываясь на таком понимании «теории Всего», физика должна вскрыть внутреннюю связь между элементарными частицами, вакуумом и всей Вселенной.
Подводя итоги обсуждения проблем, связанных с содержанием фрагмента аспирантского курса по философии физики, необходимо отметить следующее: 1) сама проблематика философии физики содержит в себе мощный пласт мировоззренческих и методологических проблем; 2) это те вопросы, которые аспирантам-физикам (а также представителям смежных естественно-научных специальностей) позволяют более глубоко и целостно рассмотреть природу физического знания как в статике, так и в динамике его развития; 3) при этом физическая наука исследует вполне определенные аспекты существования, функционирования, эволюции, детерминации и самоорганизации природы. Все это требует более синтетических и интегративных подходов, ибо отдельная наука сделать это в полной мере не в состоянии. Быть может, необходим даже
известный выход за пределы традиционно понимаемой современной физики. Более того, само развитие современной космомикрофизики, попытки понять проблему возникновения Вселенной с позиций единства физики - все это требует и принципиально нового мировоззренческого переосмысления. Вместе с тем развитие физики убеждает в необходимости специально-научной конкретизации философских принципов единства мира, развития и детерминизма с учетом все более выявляемой системности фундаментальных научных знаний.
Вопросы для контроля
1. Каков предмет философии физики?
2. Что такое онтологические проблемы физики?
3. В чем специфика методологии физики?
4. Каков смысл проблемы физической реальности?
5. Как интерпретировать социокультурную детерминацию физического познания?
6. Каковы суть и изменения физической картины мира?
7. В чем причины многообразия интерпретаций квантовой механики?
8. В чем состоит суть разногласий между Н. Бором и А. Эйнштейном по проблемам теории познания в атомной физике?
9. Какова роль теории относительности в раскрытии свойств пространства и времени?
10. Раскройте главные особенности релятивистской космологии.
11. Какова мировоззренческая роль концепции инфляционной Вселенной?
12. Что означает современная трактовка детерминизма?
13. Объясните роль синергети-ческого подхода в физике и космологии.
14. В чем смысл объединительных тенденций в физике XX в.?
15. Как понимать единство физического знания в контексте концепции супервзаимодействия?
ЛИТЕРАТУРА
1. Современные философские проблемы естественных, технических и социально-гуманитарных наук: учебник для аспирантов и соискателей ученой степени кандидата наук. М., 2006. Гл. 2.1 и 2.2.
2. Астрономия и современная картина мира. М., 1996.
3. Вайнберг С. Мечты об окончательной теории. Физика в поисках самых фундаментальных законов природы. М., 2004.
4. Гейзенберг В. Физика и философия. Часть и целое. М., 1989.
5. Готт B.C. Философские вопросы современной физики. М., 1988.
6. Грин Б. Элегантная Вселенная. Суперструны, скрытые размерности и поиски окончательной теории. М., 2005.
7. Линде А.Д. Физика элементарных частиц и инфляционная космология. М., 1990.
8. Физика в системе культуры. М„ 1996.
9. Философские проблемы естествознания. М., 1985. Раздел 2.
10. Философия физики элементарных частиц. М., 1995.
й|:
8ili {«
ill
¡III íl
a ч
ф
■е-
fS
s3
ш тм
т
11. Эйнштейн А. Физика и реальность. М., 1965.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Делокаров К.Х. Философия и современная физика. Анализ методологических принципов. М., 1975.
2. Вселенная, астрономия, философия. М., 1988.
3. Карнап Р. Философские основания физики. М., 1972.
4. Князев В.Н. Концепция взаимодействия в современной физике. М., 1991.
5. Князев В.Н. Философия физики // Философия. Методология. Физика. М., 2004. С. 74-123.
6. Методологические принципы физики. М., 1975.
7. Методы научного познания и физика. М., 1985.
8. Панченко А.И. Логико-гносеологические проблемы квантовой физики. М., 1981.
9. Пахомов Б.Я. Становление современной физической картины мира. М., 1985.
10. Пригожин И. От существующего к возникающему. Время и сложность в физических науках. М., 1985.
11. Сажин М.В. Современная космология в популярном изложении. М„ 2002.
12. Севальников А.Ю. Современное физическое познание: в поисках новой онтологии. М., 2003.
13. Хакен Г. Синергетика. Иерархии неустойчивостей в самоорганизующихся системах и устройствах. М., 1985.
О. с*
ф
■8-
ш
&
