27 Марта 2013 г. (из архива ю.М. Малышева)

Рис. 1.38. Penrose Square.

Источник http://kleanritecleaners.com/images/penrose-square-i19.jpg

Преждевременные мысли, образы, идеи, иллюстрации движения и покоя. Данный рисунок может служить выразительной иллюстрацией преждевременных идей, образов, мыслей, их устойчивости и изменчивости в общественном сознании, в том числе – научном. Дело в том, что каждое увеличение геометрической размерности требует преодоления сложного психологического барьера. «Так было в первой половине XIX века, когда решался вопрос о переходе от теории двумерных искривлённых поверхностей к представлениям об искривлённых 3-мерных пространствах, и в начале XX века, когда с открытием теории относительности был совершён переход к 4-мерному пространству-времени. Во второй половине XX века магистральное развитие теории физических взаимодействий было основано на калибровочном подходе, возникшем благодаря накопленному к тому времени экспериментальному материалу… Он представлялся менее проблематичным, так как позволял обойтись формальными приёмами в рамках 4-мерного пространства-времени. В итоге пионерные работы 20-х - 30-х годов в области 5-мерных (многомерных) теорий оказались преждевременными»¹⁹². Вместе с тем, это иллюстрация того, куда может завести сознание человека в игре образами, аспектами бытия объективной реальности на основе спекулятивных реконструкций. Квадрат – ? – нет, это подобие на основе плоскостных преломлений, исключающих его объективизацию и материализацию (в трёхмерном евклидовом пространстве).

Перейдём теперь к проблеме наглядности в микромире, то есть в квантовой теории.

Квантовая механика была в принципе создана в 1925 - 1927 годах. Сразу после её создания «стало ясно, что она содержит новые», противоречащие человеческой интуиции и здравому смыслу черты»¹⁹³. Эйнштейн с соавторами настаивал на «локальном реализме» (который теперь уже можно считать «реликтом» классической науки). А представители копенгагенской школы: Бор, Гейзенберг, Макс Борн (дал вероятностную трактовку пси-функции), Вольфганг Паули и др. считали, что реализма в классическом возможном понимании в микромире нет¹⁹⁴. Противниками копенгагенской интерпретации физической реальности в микромире были также де Бройль, Шрёдингер, Дэвид Бом и др. «Тогда, как в начале, Эйнштейн утверждал, что квантовая механика несостоятельна, позже он переформулировал свои доводы, доказывая, что она не полна». В статье Эйнштейна-Подольского-Розена (ЭПР) рассматриваются «квантовые системы, состоящие из таких двух частиц, что ни координата, ни импульс каждой из частиц не определены, но сумма их координат (то есть, их центр масс) и разность их импульсов (то есть, импульс центра масс системы) определены абсолютно точно. Тогда получается, что измерение координаты или импульса, скажем частицы 1, немедленно придаёт частице 2 точное значение координаты или импульса без взаимодействия с этой частицей. Исходя из того, что частицы 1 и 2 могут быть разнесены на произвольные расстояния, парадокс ЭПР предполагает, что измерения частицы 1 не могут на самом деле повлиять на частицу 2 (условие локальности); и, следовательно, свойства частицы 2 не должны зависеть от измерения, проводимого над частицей 1…» В своём знаменитом ответе Нильс Бор утверждает, что «две частицы в случае ЭПР всегда являются частями одной квантовой системы…»¹⁹⁵.

«Дискуссию ЭПР – Бора долгое время считали чисто философской (или проблемой точности, корректности, конкретности и уровня отвлечённости и умозрительности, способом сваливания классики… просто для размышлений, неопределённых целей исследования без учёта специфики когнитивных реконструкций – авт.), пока в 1951 г. Дэвид Бом не ввёл системы, перепутанные по спину, и в 1964 г. Джон Белл не показал, что для таких перепутанных систем, измерения коррелирующих величин должны в случае квантовой механики приводить к результатам, отличным от того, что выйдет, если предположить, что свойства системы существуют до измерения и независимо от него»¹⁹⁶. Даже несмотря на то, что «квантовые предсказания подтверждены теперь во многих экспериментах¹⁹⁷, со строго логической точки зрения вопрос не закрыт... до сих пор, в принципе, возможно защищать точку зрения локального реализма»¹⁹⁸.

В 1927 году Георгий Антонович Гамов (тогда ещё очень молодой (рис. 1,39), талантливый, а впоследствии (рис. 1.40) – выдающийся физик и астрофизик, теоретик концепции «Большого взрыва») опубликовал статью с характерным названием: «Начало принципиальной наблюдаемости в современной физике»¹⁹⁹.

Рис. 1.39. Г.А. Гамов²⁰⁰,

астрофизик и популяризатор науки,

автор концепции реликтового излучения,

а также идеи триплетного генетического кода.

Рис. 1.40.

Георгий Гамов (справа) и Энрико Ферми²⁰¹

Существенный вклад в наглядность процессов, протекающих в микромире, внесли знаменитые «диаграммы Фейнмана». Возможно, некоторым любопытно будет узнать, что квазиклассическую разновидность этих диаграмм (в западной литературе принят термин «полуклассический» – semiclassical) впервые рассмотрел ленинградский учёный Г.А. Зисман (рис. 1.41) в 1940 году, то есть почти на 8 лет раньше работ Фейнмана²⁰² (рис. 1.44). Вопросы приоритета рассмотрены так же в сборнике АН СССР «Развитие физики в СССР за 50 лет (1917 - 1967)» и в популярном изложении «Курса общей физики»²⁰³.

Рис. 1.41. Г.А. Зисман

(из архива В.М. Сергеева)

Рис. 1.42. Диаграмма Зисмана

процесса аннигиляции пары электрон – позитрон

Так выглядит на диаграмме Зисмана процесс аннигиляции пары электрон – позитрон в простейшем, так называемом, «древесном» приближении (где e^- – электрон, e⁺ – позитрон, γ – фотоны, стрелкой слева показано направление времени в лабораторной системе отсчёта)²⁰⁴.

На «диаграмме Фейнмана» тот же процесс будет выглядеть следующим образом:

Рис. 1.43. Диаграмма Фейнмана

процесса аннигиляции пары электрон – позитрон

Диаграмма Фейнмана, отображающая тот же процесс аннигиляции пары электрон – позитрон. При этом каждому графу, каждой точке на графе соответствуют точные математические функции. Видно, что принципиально новым элементом диаграммы является граф виртуального электрона . Поэтому диаграммы Зисмана можно назвать полуклассическими, они представляют собой эвристическую попытку «увидеть» процессы, происходящие в микромире. Эти диаграммы стоят на границе между интуитивной формой познания и аналитической.

Диаграммы Фейнмана (в частности, по рис. 1.43) давно уже стали одним из основных вычислительных методов в теоретической физике, основным средством расчёта процессов в физике высоких энергий. Совпадение результатов вычисления с экспериментом уникально. По словам физиков, это похоже на измерение расстояния от Москвы до Берлина с погрешностью менее толщины человеческого волоса. Литература по «фейнмановским диаграммам» огромна. Гуманитариям, желающим во всём этом разобраться подробнее и, возможно, обогатить тем самым свой идейный тезаурус, мы бы рекомендовали наиболее интуитивное изложение «Курса общей физики» Г.А. Зисмана, О.М. Тодеса и наиболее математически строгое «Введение в теорию квантованных полей» Н.Н. Боголюбова, Д.В. Ширкова²⁰⁵.

Работы Фейнмана, Штюкельберга и некоторых других учёных (о работе Зисмана Рейхенбах не знал) привели известного философа-неопозитивиста Ганса Рейхенбаха (рис. 1.47) к его концепции «интерфеноменов». «Подобные концепции были выдвинуты Штюкельбергом и Фейнманом.

Рис. 1.44. Ричард Фейнман²⁰⁶

У истоков нанотехнологий: эксцентричный Ричард Фейнман приглашает всех желающих посетить удивительное представление в микромире: «Там, внизу, ещё много места!» Нам, русским космистам, также не дают покоя не освоенные просторы «Великой пустыни» не только космоса, мегамиров потенциально бесконечного количества порядков, но и микромиров!..

Их исследования показали, что позитрон, то есть частицу, обладающую массой равной массе электрона, но несущую противоположный заряд, можно рассматривать как электрон, движущийся в обратном направлении времени. Отрицательно заряженный электрон, движущийся в обратном направлении времени, противоположном нашему, приводит к тем же самым физическим следствиям, что и положительно заряженный позитрон, движущийся в обычном направлении времени, и, следовательно, при помощи наблюдения нельзя провести различие между обеими интерпретациями»²⁰⁷.

Рис. 1.45. Порождение и аннигиляция пар элементарных частиц

в камере Вильсона²⁰⁸, как «обычная» интерпретация события

Рис. 1.46.

Порождение и аннигиляция пар элементарных частиц

в камере Вильсона, как «реинтерпретация»

Процесс, изображённый на рис. 1.45 (см. выше), в данном случае рассматривается как мировая линия одного электрона, который от точки С до точки А движется в обратном направлении времени²⁰⁹. Это «реинтерпретация» (того же самого) события.

Рис. 1.47. Ганс Рейхенбах²¹⁰

Объекты и явления, допускающие «реинтерпретацию», Рейхенбах назвал «интерфеноменами». «Исчерпывающее описание интерфеноменов, как и всегда в квантовой механике, связано с каузальными аномалиями… Это наиболее серьёзный удар, который понятие времени получало когда-либо в физике»²¹¹.

Спрашивается, как соотносятся понятия «интерпретация» и «модель»? Если удаётся верифицировать интерпретацию, то она, как правило, становится моделью. Такое соотношение термина «интерпретация» и «модель» позволяет подчеркнуть относительную самостоятельность различных уровней научного познания²¹².

Как видим, Рейхенбах в своём философском анализе опирается на сугубо наглядные интуиции. Работа Рейхенбаха представляет собой блестящий пример философской эвристики. Он понял, что «интерфеномены» не сводятся только к античастицам, а представляют собой широкий круг явлений, открывающих для нас новый «ресурс» природы. Работа была опубликована в 1955 году, а в 1962 году «принцип реинтерпретации» был существенным образом использован в теории тахионов (об этом см. § 3 гл. 1). Более того, интерпретация античастиц Зисмана-Фейнмана была использована акад. Сахаровым при построении космологической модели с поворотом стрелы времени²¹³. Таким образом, Рейхенбаху удалось заглянуть вперёд на полтора десятка лет.

Нам представляется, что современный анализ феномена мироздания невозможен без учёта и конструктивного использования понятий «интерфеноменов» и «принципа реинтерпретации». Следует отметить, что последнее предполагает достаточно серьёзную работу по конкретизации понятий, явлений такого рода на возникших направлениях деятельности учёных, физиков, математиков и философов.

Следует заметить, что проблема наглядности остро стояла и в классической парадигме. Физические поля были контринтуитивны для представителей классической механики, убеждённых в правильности принципа дальнодействия. Интуитивный прорыв к наглядности электромагнитного поля осуществил гениальный Майкл Фарадей, когда ввёл в научные представления картину силовых линий²¹⁴ (рис. 1.48). Как известно, касательная к каждой точке силовой линии определяет направление напряжённости поля²¹⁵.

Рис. 1.48. Картина силовых линий

электрического поля между двумя разноимёнными зарядами ²¹⁶

В дальнейшем картина силовых линий была распространена и на другие типы физических полей. Она инвариантна при различных интерпретациях поля.

В теоретическом описании трёхфазного переменного тока появляются мнимые величины, однако, это не мешает учёным «видеть» переменный трёхфазный ток, негармонические периодические напряжения и токи, высшие гармоники, с помощью графиков, волновых диаграмм и специально созданных приборов – осциллографов²¹⁷.

Таким образом, проблемы с наглядностью теоретических знаний и представлений успешно решались в классической и неклассической парадигмах. Как отмечалось в § 1 гл. 1, постнеклассическая парадигма, вероятно, будет информационно-вакуумной. Перед физиками стоит проблема: как «увидеть вакуум» (информатики, программисты информацию уже «видят» в знаково-символической, цифровой форме)? Конечно, до строгих диаграмм, до уже ставших классическими образцов наглядности, представленных в работах Минковского, Фейнмана, Пенроуза²¹⁸ и др., ещё очень далеко, но попытки «увидеть космический вакуум» продолжаются. И поиск в этом направлении не прекратится (во всяком случае, до тех пор, пока осуществлять познавательную деятельность будет человек).

Например, в теории струн предпринимаются попытки наглядно изобразить так называемый вакуумный «ландшафт» теории струн (рис. 1.49)²¹⁹.

Рис. 1.49.

Компьютерная аппликация «струнного ландшафта» ²²⁰

«Квантовые флуктуации во время инфляции могут изменить свойства вакуума в маленькой части Вселенной и затем сделать эту часть экспоненциально большой». Так работает механизм космологических мутаций. Но существует ли «генетический код Вселенной»?²²¹ И если существует, то где и на чём он записан? Можно ли его «прочитать», расшифровать, понять и в дальнейшем, при желании, исправить, скорректировать, перестроить – но не на основе нашей конкретной инструментальной ограниченности, а на основе нашей конкретной необходимости и инструментальной достаточности, в общем – изменить, но не по-детски, разрушая основания «домика из песка», построенного не нами, а по-взрослому, конструктивно, сохраняя всё лучшее и совершенствуя его? Вот вопросы, которые возникают при взгляде на подобного рода «картинки», наглядные космологические представления и пр. (в этом, кстати, проявляется замечательная функция наглядности – она будоражит воображение, даёт пищу для дальнейшего развития мысли, в том числе научной, критической).

Каждый из этих пиков представляет собой экспоненциально большую Вселенную со своими «постоянными», законами физики и пр., которые все ещё продолжают меняться. Если мы находимся в красном минимуме плотности энергии (где всё уже более или менее стабильно) и хотим попасть в синий, тоже относительно стационарный минимум, то по дороге – 10 в миллионной степени – мы наткнёмся на барьер. Это будет доменная стенка энергетически очень большой величины. Но если даже мы «хорошо разгонимся» и благополучно перескочим во Вселенную другого типа, то надо иметь в виду, что частицы нашего типа (характерные для нашей Вселенной) не могут существовать в ней (они распадаются) или существенно меняют свои свойства²²². Поэтому, вот есть разные вселенные, представляющие собой колоссальные, как минимум, материальные ценности, но как до них добраться, как ими воспользоваться, как их освоить?..

Подведём предварительный итог нашим рассуждениям на базе представленного выше материала (и многочисленного рядоположенного, аналогичного, в смежных областях научного знания): развитие науки XX века и первых лет XXI века, прежде всего, её лидера – теоретической физики, убедительно показывает, что вопреки категоричной агрессивности сторонников «принципа ненаглядности», наглядность в науке не только не уменьшается, а, скорее, даже, наоборот, увеличивается (но для более узкого круга специалистов). Наиболее полно эта тенденция проявилась в неклассической науке (парадигме).

Однако, уже в теории относительности, в отличие от классической науки, появляется и в дальнейшем онтологизируется своего рода нечёткость. Пространство, время, движение, покой, параметры движущихся и взаимодействующих объектов – относительны, всё «плывёт», всё становится нечётким. В духе тенденции, которая будет более подробно рассмотрена в следующих параграфах, можно ввести понятие нечёткой относительности (fuzzy relativity), под которой будем понимать нечёткостное обобщение группы Лоренца. Кроме того, целесообразно ввести понятие относительной нечёткости (relative fuzziness), по аналогии с условной и безусловной вероятностями в теории вероятностей²²³. Тенденция фазификации²²⁴ взаимно сосуществующих сущностей, их свойств и отношений, в том числе – причинности, продолжается в квантовой механике и квантовой теории в целом.