u_lectures

описания всех процессов в терминах классической механики и их прогнозирование на сколь угодно отдаленную перспективу.

Главную специфическую особенность данной интерпретации физического мира составляет описание всех процессов и явлений, имеющих место в действительности, в понятиях, интерпретируемых наивнонатуралистически, как непосредственно выражающих сущность физических величин, процессов и явлений безотносительно к какому бы то ни было познающему субъекту.

Так рождаются различные разновидности механицизма, претендующего на создание универсальной механической картины мира. Наиболее известным из них является лапласовский детерминизм, согласно которому все процессы, происходящие во Вселенной, могут быть описаны и экстраполированы на сколь угодно длительный срок как в прошлое, так и в будущее без какого-либо существенного ущерба для правильности и точности подобного описания. Ограниченность механической картины мира становится очевидной в 19 столетии по мере становления электромагнитной, химической, биологической картины мира, несводимых к механической.

Сложившееся в эту эпоху понимание реальности как гигантского механизма не соответствовало получившим развитие идеям историзма, качественного разнообразия материального мира как сложной иерархизированной эволюционирующей системы, развивающейся благодаря собственным внутренним импульсам, а не в силу некоего внешнего толчка, наподобие раскручивания однажды заведенной пружины. Создание и развитие теории электромагнитного поля вплотную подвело к постановке вопроса об инвариантности основных уравнений, описывающих те или иные физические процессы в различных системах отсчета, а значит, и к вопросу об их регистрации находящимися в данных системах наблюдателями.

Разработка многочисленных приложений классической физики на рубеже 19-20 вв. породило иллюзию завершенности процесса познания физического мира у части научного физического сообщества, что свидетельствовало об определенном дефиците базовых стратегий научных исследований в рамках парадигмы классической физики. Ситуацию в физической науке изменили последствия анализа нескольких аномалий, не нашедших объяснения в рамках классических теорий. Попытки решения проблемы спектра теплового излучения, а также интерпретации результатов экспериментов по обнаружению мирового эфира стали первым шагом в

научной революции в физике, которая привела к очередному переосмыслению природы физической реальности и способов ее описания.

Релятивистская и квантовая теории, заложившие основу современной физики, потребовали новой интерпретации объекта познания, как взаимодействующего с наблюдателем и средствами измерения. А это означало окончательный отказ от объективистской трактовки физических явлений. Произошла своего рода гносеологизация физической онтологии, так как ответ на вопрос о структуре реальности не мог быть больше получен в отрыве от вопроса о роли познающего субъекта. Результат познания оказался зависим от способа, каким задаются вопросы. Эти идеи определили новый, неклассический тип научной рациональности, который породил немало дискуссий о релятивизации, операционализации, конвенционализации и т.п. физической картины мира.

Дальнейшее развитие физической науки в условиях научнотехнической революции и превращения науки в непосредственную производительную силу и ведущий фактор общественного развития вывели на первый план социально-культурные, социологические, институциональные аспекты существования и функционирования науки как социального института. Деятельность научного сообщества и научного коллектива, идеалы и нормы научного исследования, социально-культурная обусловленность научного познания и научной картины мира стали предметом внимания и изучения ученых и философов и привели к определенной модернизации неклассического типа рациональности.

Результатом этих процессов стало появление нового, постнеклассического типа научной рациональности, в рамках которого реальность понимается как единая система, включающая как физический объект и прибор, являющийся посредником при взаимодействии с субъектом, так и самого культурно инкорпорированного субъекта познания, вносящего и использующего определенные явные и неявные культурные артефакты, отражающие качественную специфику всей совокупности способов деятельности данной культуры.

Столкновение различных точек зрения в науке, базирующихся на разном понимании природы физического мира и особенностей его научного описания, демонстрирует сложность и драматизм в развитии научной картины мира, ее полипарадигмальность, сосуществование и взаимодействие различных способов интерпретации физической реальности.

Показательными в данном отношении являются дискуссии между Н. Бором и А. Эйнштейном в процессе становления квантовой теории в первой трети 20 века.

Бор, которого отличала невероятная гибкость и мобильность мышления сумел одним из первых отойти от непреложных постулатов классической физики, обретших к тому времени статус очевидных научных истин, подтверждаемых логикой и обычным здравым смыслом. Он создал и развил новую концепцию физической реальности, допустив отход от принципов формальной логики и логико-онтологических предписаний классической физики, выдвинув принцип дополнительности и приняв статистическое описание физических явлений. Тем самым он фактически проводил идею о том, что люди познают в конкретных исторических условиях и ровно настолько, насколько эти условия позволяют.

Эйнштейн же настаивал на неокончательном характере статистических закономерностей и по сути отстаивал классическое решение онтологических вопросов, не оставляя попытки вернуться к однозначному динамическому описанию физических явлений, возрождающему классический идеал единственности истины. Развитие физики во второй половине 20 столетия показало, что подобного возвращения не произошло. Напротив, результатом философского осмысления проблем современной физики стала дальнейшая релятивизация и десубстанциализация физической картины мира.

Проблема математизации физического знания

Одним из показателей прогресса в развитии естествознания и, в частности, физики можно считать степень математизации знания. По словам К.Маркса уровень развития той или иной науки определяется степенью присутствия в ней математики. В условиях информационного взрыва и «цифровой революции» роль математики невозможно переоценить как в развитии точных наук, так и в жизни общества в целом. Однако место и роль математических методов в естественных науках и в физике не так очевидна и проста, как может показаться на первый взгляд.

Отношения между познанием природы в рамках физических теорий и математикой как языком науки и инструментом научного исследования развивались далеко не прямолинейно и однозначно. Для того, чтобы понять всю глубину и сложность взаимопроникновения этих двух дисциплин необходимо подойти к данному вопросу исторически. Только проследив все

перипетии в отношениях этих двух поистине коронованных особ в царстве чистой науки, можно адекватно оценить статус математики в современной физике и перспективы дальнейшего взаимодействия физики и математики, ответить на вопрос как далеко может зайти математизация физического знания и есть ли вообще предел формализации и плюрализации математического описания физической реальности.

С момента выхода в свет аристотелевской «Физики» довольно остро встал вопрос о статусе математического метода в физическом познании и возможности математического описания явлений природы в целом. Общеизвестна позиция Аристотеля, отрицавшего возможность математического описания физических явлений. Основные аргументы греческого философа не лишены смысла. Так, он подметил, что математика имеет дело с точными величинами, в то время как физика – изучает реальные процессы, в которых нет места подобной точности, поскольку здесь действует множество факторов, приводящих с существенной сложности и неоднозначности любого процесса, что обусловливает лишь приблизительный характер их количественного описания. Таким образом, оказываются несовместимы приблизительный, или, как мы бы сегодня сказали, «вероятностный» характер физических процессов с одной стороны и математика – наука целых чисел, правильных фигур, точных значений – с другой.

Этот аргумент тем более действенен, если учесть характер математики той эпохи, не знавшей десятичных дробей и приближенных вычислений. Даже сегодня физики по умолчанию принимают ситуацию, при которой результаты самых точных экспериментов дают лишь приблизительные значения искомых величин. При этом не всегда ставится вопрос в принципе: а существуют ли в действительности эти «точные значения» и к чему может привести попытка их «ухватить».

Другим аргументом против использования математики в физике, явившимся камнем преткновения на пути сближения этих научных областей, стал «неканонический» характер движения физических тел в реальных земных условиях. Напротив, кажущийся равномерный круговой характер движения тел небесных позволил Аристотелю признать применимость математики в области небесной механики. В результате физика «земных» процессов и явления, связанные с удаленными космическими телами оказались на длительное время искусственно изолированы.

Тем самым гениальные догадки стагирита в одних областях дополнялись своего рода научными заблуждениями в других, подкрепленные, как ни странно, доводами опять же его – аристотелевской формальной логики. В стремлении создать логически стройную безупречную концепцию Аристотель сумел справиться со многими противоречиями, нашел объяснение многим явлениям. По словам А. Койре, физика Аристотеля с точки зрения силлогистики, построения, доказательства имеет массу достоинств, если не учитывать того обстоятельства, что она полностью неверна. Действительно, «доказательства» Аристотеля зачастую носили отвлеченный характер, опираясь на натурфилософские по своей природе принципы, введенные в ткань физики достаточно искусственно из его общей метафизической концепции.

Возьмем, к примеру, его объяснение причин движения и деление видов движения на различные типы. «Естественные», или движения по природе, такие, как падение тел, объясняются им, исходя из геоцентрической системы мира и известной теории «естественных мест», к которым все тела стремятся в силу «своей природы». Не менее показательны его выводы относительно причин и характера движения по принуждению, которые он допускает только при наличии внешней вынуждающей причины (силы), по прекращении действия которой наступает «естественное» состояние покоя. По видимому правы те философы науки, которые видят в подобных выводах смесь натурфилософских посылок и самого грубого необработанного обыденного опыта.

Однако не все так однозначно обстояло со статусом математики уже в античной физике. Помимо динамических процессов античные ученые и философы исследовали и статические системы. Толчком для осмысления этой области явлений являлась сама повседневная жизнь, в которой не последнее место занимала торговля, зачастую сопровождавшаяся взвешиванием товаров или драгоценных металлов при помощи рычажных весов. В этом царстве статики не существовало одного из главных препятствий для применения количественного математического подхода – процесса движения, поэтому здесь мы можем видеть необычайные успехи античной науки, связанные с открытием правила рычага («золотого правила механики»), законов гидростатики (вес тела, погруженного в жидкость, условие плавания тел). Общеизвестны блестящие практические приложения этих знаний. В поздней античности предпринимались также попытки

вывести некоторые из этих законов из более общих – математических – принципов.

Для полноты картины, описывающей взаимоотношения физики и математики в античности, необходимо добавить, что попытки применить элементы математики для описания процессов движения осуществлялись и тогда. Но они скорее носили негативный, опровергающий характер и предпринимались с вполне определенной негативной же целью. Эти попытки исходили из лагеря самых ярых противников какого бы то ни было движения

– школы элеатов. Зенон искусно продемонстрировал, как элементарные математические понятия-идеализации, имплицитно введенные в ткань повествования его апорий, разрушают описание процесса движения, приводя к явно абсурдным выводам, противоречащим непосредственному восприятию и здравому смыслу.

Как известно, схоластизированное учение Аристотеля, включая его физику, надолго заняло умы ученых и образованных людей, став серьезным препятствием на пути развития науки и философии. Если учесть полулегальный статус науки в эпоху средневековья, то нетрудно заметить, что дальнейшее развитие рассматриваемого вопроса оказалось отложено почти на два тысячелетия. В эпоху Возрождения и в Новое время в связи с успехами наук с новой силой встает вопрос о взаимодействии математики и физики. Идея количественно определенного характера природных процессов и явлений и возможности её математического описания впервые наиболее сильно и полно выражена у Г.Галилея. «Книга природы», по его мнению, написана на языке чисел и фигур.

Выдвигая данный тезис Галилей переосмысливает не только реальность, но и, как следствие, способы ее описания. Заметим, что пионером, выдвинувшем столь смелую гипотезу математически упорядоченной физической реальности, пусть и в наивной форме, был Платон. Его «платоновы тела» и математизированное пространство (возможно, понимаемое как бесконечное) принципиально допускали применение математики для изучения природы, в отличие от аморфоного и замкнутого аристотелевского космоса.

Как бы там ни было, усилиями Галилея было создана основа математического экспериментального естествознания. Мощным стимулом, способствовавшим данным изменениям в науке, были важные социокультурные предпосылки и внутренняя логика развития науки. К тому

времени стало привычным делом измерение времени, во многих городах появились городские башенные часы. Не выглядела и столь удивительной математизация пространства, чему способствовало его измерение в эпоху великих географических открытий, составления карт с нанесением на нее метрики в виде параллелей и меридианов. Сюда нужно добавить усовершенствование приборов для определения расстояний, развитие практической механики, создание механизмов, способных сохранять движение.

Тем не менее, на пути синтеза физического знания и математического метода, Галилею пришлось преодолевать значительные трудности. Одной из них была проблема операций с бесконечностью. Она возникала не только там, где речь шла о бесконечном пространстве или времени, но и там, где физика сталкивалась с бесконечным количестве точек на прямой, а, значит, и на любом отрезке, который проходят физические тела. Хорошо всем знакомый процесс свободного падения тел и равноускоренное движение вообще, как оказалось, включает «пробегание» величины скорости через бесконечное количество значений за конечный промежуток времени при разгоне, торможении, прохождении верхней точки траектории и т.д.

Решение подобных затруднений оказалось не под силу античной физике, но с ней справилась физика нового времени, благодаря введению абстрактных идеализированных (по сути - математизированных) объектов в физическую картину мира, а позднее – созданием дифференциального и интегрального исчисления как способа анализа бесконечно малых величин. Примером подобных объектов новой физики могут служить материальные точки – невесомые при кинематическом описании явлений и «тяжелые» при динамическом, – не имеющие линейных размеров, но способных к «конечным» движениям и взаимодействиям.

Галилей увидел математику в самой природе и уподобил последнюю книге с математическими символами. Как результат стало возможным выделение «чистых» процессов, путем исключения вторичных и случайных факторов (случайных и систематических ошибок) и изобретение таким образом нового метода получения и проверки знаний – эксперимента. Эксперимент утвердился как пространство событий, происходящих с идеализированными объектами. Идеализированные объекты, свою очередь, позволяют математическое описание – количественное, получившее в физике статус закона, или принципа. Платой за возможность количественного

математического описания физических процессов явились потеря «реального» физического объекта – во всей полноте его свойств и предельный характер физических законов, полностью воспроизводимых лишь в некоторых предельных случаях и ненаблюдаемых и нереализуемых «в чистом виде» в обычных условиях.

Благодаря развитию дифференциального исчисления физика смогла осуществить математическое описание непрерывных процессов, справившись, таким образом, с неуловимым континуумом и повсюду возникающей бесконечностью. Математический аппарат придал физике нетривиальный характер, несводимый к обыденному опыту, однако классическая физика с ним свыклась и породила представление о естественном и наглядном, непротиворечивом характере описания физической реальности, хотя при ближайшем рассмотрении это далеко не так. Достаточно попытаться проанализировать какое-либо физическое понятие, чтобы в этом убедиться, к примеру, понятие мгновенной скорости и т.п.

Дальнейшая математизация физики связана с успехами развития дифференциального и интегрального исчисления, теории дифференциальных уравнений, матричной алгебры, математики многочленов и т.д. Эти математические приложения сделали возможным появление электродинамики Максвелла, принципа виртуальных перемещений, молекулярной теории, наконец, теории относительности.

С переходом от классической к современной физике наметилась новая тенденция, совершился очередной прорыв и в области математического описания физических явлений. Векторная алгебра, тензорное исчисление, теория поля, жорданов формализм и другие математические области знания и теории со временем нашли применение в физике. В ряде случаев разработка математического аппарата опережала его физические приложения. Этот аппарат появлялся раньше и тем самым способствовал появлению новых революционных физических теорий (теория многомерного пространства Минковского – СТО). А в некоторых случаях физики вынуждены были самостоятельно «изобретать» давно уже существующий математический аппарат, как произошло с матричным вариантом квантовой механики.

Обобщая данную тенденцию можно предположить, что тот факт, что казалось бы самые абстрактные математические объекты и методы способны

найти своего физического репрезентанта, свидетельствует в пользу смелых гипотез о множественности математических описаний физической реальности. На стыке физики и математики возникают экзотические теории, часть из которых не получила статуса валидных научных теорий, признанных мировым научным сообществом, – во всяком случае пока. Предсказать произойдёт ли это в будущем, и в каком – ближайшем или отдалённом вряд ли возможно до тех пор, пока данные теории не пройдут тест на фальсификацию.

Но философским был и остается вопрос о связи математического языка и действительности, по-прежнему актуален Галилеевский вопрос о том, написана ли книга природы языком математики. Существует ли граница в структуре материи, за которой математическое описание природы становится невозможным? Или она позволяет это делать, бесконечно углубляясь в глубины структуры материальных объектов? С другой стороны, может это означает, что «природа природы» допускает бесконечное количество различных описаний, которые способен привнести человек, что он здесь устанавливает правила игры и разум, говоря языком Канта, «диктует законы природе»? В таком случае мир, как это утверждают представители постмодернизма, напоминает некий хаос, в котором неограниченный полёт человеческой фантазии способен ухватить и остановить различные конфигурации, выразив их в тех или иных системах знания. С этой точки зрения можно ожидать проникновения в современную физику самых необычных математических теорий и обретения ими самых невероятных и неожиданных физических приложений.

2.Причинность и детерминизм в физическом познании

Вотличие от плюральности позиций, связанной с проблемой математизации физического знания, физики практически всегда были единодушны в стремлении выразить физическое знание в виде твердо установленных доказательных форм знания, фиксирующих необходимые связи действительности. Конечно, способы выражения этих связей понимались по-разному, но сама идея закона, принципа, постулата, была присуща физике в не меньшей мере, чем математике. Возможно классический образец построения научной теории – геометрия Евклида, оказала столь существенное влияние на физиков в их стремлении придать

физическому знанию характер стройной выводимой теории, опирающейся на ряд эмпирически обоснованных постулатов.

Однако в основе любых принципов и постулатов в данном случае всегда лежал один практически недоказуемый метапостулат о наличии в природе необходимых, устойчивых связей и отношений, позволяющих выражать их в форме законов. Данный отправной пункт любой физической концепции и, более широко, картины мира, сродни рациональной вере в причинную обусловленность природных явлений.

Подобную «веру в законы», или устойчивую упорядоченность природы мы находим уже в античности. У авторов атомистической концепции, таких, как Демокрит, не было никаких сомнений в том, что атомы, из которых состоят все существующие объекты, движутся и взаимодействуют упорядоченно и что этот порядок имеет закономерный характер. Первый опыт подобного псевдофизического детерминизма, как известно, привел к неутешительным выводам. Основанный на откровенном редукционизме, атомистический детерминизм приобрел абсолютный характер, с которым уже пришлось бороться последователям Демокрита. Не уступают атомистам в признании закономерного характера физических явлений Аристотель, Архимед, да и первые философы милетской школы.

Провиденциализм средневековья, пришедший вместе с христианской теологией, с точки зрения науки, безусловно, явился шагом назад. Однако Новое время все расставило по местам, возродив и трансформировав античные идеалы научной рациональности. В частности, создание Галилеем математического экспериментального естествознания только укрепило ученых в убежденности в упорядоченном, закономерном характере природных явлений и процессов. Если книга природы – плоть от плоти «математическое государство», то где как не в царстве математики искать закономерность и порядок.

Эпоха Нового времени, дав импульс как развитию науки, так и попыткам философски ее осмыслить, породила крайние варианты отношения к данному принципу. Воплощением механистически прямолинейного истолкования принципа детерминизма является детерминизм Лапласа, согласно которому все события во Вселенной можно предвидеть, зная ее определенные физические параметры. Такое было возможно в мире, который представлялся гигантским механизмом, но не в мире, где присутствует качественно различные уровни организации материи. Лапласовский