Вопрос 25. Фундаментальные физические взаимодействия

В своей повседневной жизни человек сталкивается с множеством сил, действующих на тела: сила ветра или потока воды; давление воздуха; мощный выброс взрывающихся химических веществ; мускульная сила человека; вес предметов; давление квантов света; притяжение и отталкивание электрических зарядов; сейсмические волны, вызывающие подчас катастрофические разрушения; вулканические извержения, приводившие к гибели цивили-

заций, и т.д. Одни силы действуют непосредственно при контакте с телом, другие, например гравитация, действуют на расстоянии, через пространство. Но, как выяснилось в результате развития естествознания, несмотря на столь большое разнообразие, все действующие в природе силы можно свести к четырем фундаментальным взаимодействиям.

В порядке возрастания интенсивности эти фундаментальные взаимодействия представляются следующим образом: гравитационное взаимодействие; слабое взаимодействие; электромагнитное взаимодействие; сильное взаимодействие. Именно эти взаимодействия в конечном счете отвечают за все изменения в природе, именно они являются источником всех преобразований материальных тел, процессов. Каждое из четырех фундаментальных взаимодействий имеет сходство с тремя остальными и в то же время свои отличия.

Прежде всего следует сказать о том, что является общим для этих фундаментальных взаимодействий. Иначе говоря: как понимает современная физика сущность взаимодействия? Как уже отмечалось, еще в середине XIX в. с созданием теории электромагнитного поля выяснилось, что передача взаимодействия осуществляется не мгновенно (принцип дальнодействия), а с конечной скоростью посредством некоторого посредника — непрерывно распределенного в пространстве поля (принцип близкодействия). Скорость распространения электромагнитного поля равна скорости света (см. 8.1.4).

Однако уже в первой четверти XX в., с появлением квантовой механики значительно углубилось представление о физическом поле. В свете квантово-волнового дуализма любое поле является не непрерывным, а имеет дискретную структуру, ему должны соответствовать определенные частицы, кванты этого поля. Например, квантами электромагнитного поля являются фотоны. Когда заряженные частицы обмениваются между собой фотонами, это приводит к появлению электромагнитного поля. Фотоны и являются переносчиками электромагнитного взаимодействия.

Аналогичным образом и другие виды фундаментальных взаимодействий имеют свои поля и соответствующие частицы, переносящие это полевое взаимодействие. Изучение конкретных свойств, закономерностей этих полей и частиц — носителей фундаментальных взаимодействий — главная задача современной физики.

Вопрос 26 Детерминизм и причинность в современной физике

ДЕТЕРМИНИЗМ (от лат. determino – определяю) – общее учение о взаимосвязи и взаимообусловленности явлений и процессов реальности. Представления о детерминизме входят в структуру научного метода – они нацеливают исследование на анализ и раскрытие условий, причин и закономерностей, любых изменений в природе, обществе и мышлении. Основу детерминизма составляют концепции причинности и закономерностей.

С развитием познания представления о детерминизме развивались и обогащались. Они прямо связаны с разработкой базовых моделей устройства мира и его эволюции, которые лежат в основе анализа и решения обширного класса исследовательских задач. Учение о детерминизме фактически выражает структуру этих моделей. Базовые модели мироздания, разрабатываемые в рамках научного подхода, опираются на первоначальные представления человека о строении мира. Первые суждения об устройстве мира строились на основе весьма скудных знаний человека и выражались преимущественно в форме мифов. Они были нацелены на глобальное описание всей природы и протекающих в ней процессов. Для мыслителей античности были характерны представления о первоначалах и стихиях, которые обусловливали собою и объясняли разнообразные природные явления. На разработку базовых моделей в структуре научных исследований решающее влияние оказывают фундаментальные науки и прежде всего физико-математическое естествознание, изучающее наиболее глубинные уровни строения материи. В период становления и развития опытной науки в качестве базовых выступали модели, олицетворением которых явилась классическая механика. Основной особенностью этих моделей является строго однозначный характер всех связей и зависимостей, характеризующих исследуемые явления, системы и процессы. Эти модели получили название моделей жесткой детерминации. В этой связи нередко говорят о лапласовском (см. Лаплас) детерминизме. Жесткость связей имеет своей обратной стороной их качественную (концептуальную) равноценность. Любая выявляемая связь – независимо от природы соответствующих свойств или параметров – в равной мере необходима.

Важнейшей особенностью моделей жесткой детерминации является также то, что любые изменения в поведении объектов и систем целиком и полностью определяются внешними воздействиями, внешними причинами и условиями. Тела не имеют активного начала в самих себе, они лишь воспринимают внешние воздействия. Такой общий подход к пониманию детерминизма широко представлен в истории науки и философии. Так, хорошо известно перипатетическое изречение: «Все, что движется, движется чем-то другим». Картина мира, разработанная на базе классической механики, практически наследует такой взгляд на причины изменений в мироздании. Вместе с тем следует отметить, что в истории науки и философии не менее широко выдвигались иные идеи, признающие внутреннюю активность и самодвижение материи. Такие взгляды обнаруживаются уже в античном атомизме, в частности, в представлениях о спонтанных отклонениях атомов в своем движении, а также в трудах Дж.Бруно и Б.Спинозы. Последний ввел действующую внутреннюю причинность, что получило развитие в представлениях Лейбница о монадах. Дальнейшую разработку эти идеи получили в философии Гегеля и Маркса.

Концепция жесткой детерминации выявила свою ограниченность в связи с появлением теоретико-вероятностных методов исследования, которые «породили» статистические закономерности. В науке был разработан новый класс базисных моделей бытия и познания, которые можно назвать моделями вероятностного мира. В основе этих моделей лежат представления о статистических системах. В общем случае статистическими системами являются системы, образованные из независимых сущностей. Независимость здесь означает, что между элементами систем нет постоянно действующих, устойчивых взаимосвязей. Эту особенность внутренней структуры статистических систем обобщенно характеризуют через категорию случайности. Независимость в статистических системах весьма своеобразна – она соотносится с наличием целостных характеристик этих систем, с их определенной внутренней устойчивостью. Эта устойчивость выражается через понятия вероятности и вероятностного распределения. Устойчивость системам из независимых сущностей придают внешние условия, но в отличие от концепции жесткой детерминации здесь внешние воздействия допускают наличие разнообразия в поведении отдельных элементов систем. Наличие внешних условий есть необходимое, но недостаточное условие для образования статистических систем. Для этих систем характерно также наличие неустойчивостей в состояниях элементов и определенного типа взаимодействий (в частности, нелинейных) между ними.

Становление вероятностных методов подрывает один из важнейших постулатов моделей жесткой детерминации – представление о всевластии внешних причин. Независимость в поведении объектов и систем и есть независимость от внешнего по отношению к ним окружения. В результате поведение соответствующих объектов и систем приобретает внутренние степени свободы.

Во 2-й пол. 20 в. в базовых моделях мироздания происходят дальнейшие преобразования. Эти изменения олицетворяет разработка физико-математических основ явлений самоорганизации и становление синергетики. Основу новых подходов составляет идея нелинейности. Нелинейными являются системы, свойства которых зависят от их состояния. Соответственно в анализе систем резко возросли роль и значение внутренних факторов, внутренней активности систем. На первый план вышла проблема самодетерминации, характеризующая функционирование и поведение сложных систем. При этом модели жесткой детерминации и вероятностные модели фактически рассматриваются как два предельных вида базовых моделей. Первые делают упор на анализ внешних детерминантов, вторые уделяют особое внимание внутренним детерминантам. Абсолютизация первых ведет к утверждениям, что в эволюционных процессах все предопределено и ничего принципиально нового возникнуть не может. Абсолютизация вторых приводит к представлениям о хаотическом, акаузальном мире, где нет места предсказаниям. Модели самоорганизации выступают как своеобразный синтез первых двух классов базовых моделей. Новые базовые модели учитывают действие и внешних, и внутренних детерминантов (факторов), сочетают в анализе эволюционных процессов как действие необходимости, так и открытость будущего. Как отметил М.Бунге, современная наука «осуществляет давно искомый синтез внешних и внутренних детерминантов, тем самым сохраняя и ограничивая соперничающие доктрины всемогущества внешних факторов и достаточности самодетерминированности»