Канке В.А. Энциклопедия философии науки

Глава 21. Философия синергетики

термин трансдисциплинарный (от лат. trans – сквозь, через). За счет операции моделирования науки о возможных синтаксических мирах причастны к судьбе всех наук. В этом смысле их допустимо считать трансдисциплинарными. И. Кант, отталкиваясь от априорности знания, называл науки трансцендентальными. В современной науке термин «трансцендентальный» не в почете постольку, поскольку он связан с акцентированием работы сознания. Верно, конечно, что науки о возможных синтаксических мирах, равно как и все науки вообще, являются результатом продуктивного воображения. Но в концепции возможных миров последние понимаются не только в субъективном ключе. Итак, науки о возможных синтаксических мирах можно считать как модельными, так и трансдисциплинарными. После трансдисциплинарных наук нам целесообразно приступить к анализу естествознания, что также позволит создать плацдарм для анализа технических и социальных наук. Естествознание – это комплекс многих наук, и все они не могут быть рассмотрены нами в одной книге. Специфика наук о природе будет выясняться в процессе анализа содержания двух бесспорных лидеров современного естествознания – физики и биологии.

Литература

1.Принципы самоорганизации. – М., 1966.

2.Пригожин И., Стенгерс И. Порядок из хаоса. Новый диалог человека с природой. – М., 1986.

3.Николис Г., Пригожин И. Самоорганизация в неравновестных системах. – М., 1979.

4.Пригожин И. От существующего к возникающему. – М., 1985.

5.Хакен Г. Синергетика. – М.,1980.

6.Хакен Г. Информация и самоорганизация. – М., 1981.

7.Хакен Г. (интервью) // Вопросы философии. – 2000. – ¹ 3. – С. 51–61.

8.Готт В.С., Жог В.И. Материальное единство мира и единство линейности и нелинейности физических процессов // Вопросы философии. – 1984. – ¹ 12. – С. 43–53

9.Курдюмов С.П., Малинецкий Г.Г., Потапов А.Б., Самарский А.А. Структуры в нелинейных системах // Компьютеры и нелинейные системы. – М., 1988. – С. 5–43..

10. Ровинский Р.Е. Самоорганизация как фактор направленного развития // Вопросы философии. – 2002. – ¹ 5. – С. 67–77.

431

Часть 2. Специальная философия науки

11.Странные аттракторы. – М., 1984.

12.Mandelbrot B.B. Fractals: Form, Change, and Dimension. – San Francisko, 1977.

13.Тихомиров В.М. Математика во второй половине XX века // Квант. – 2001. – ¹ 1. – С. 2–5.

14.Климонтович Ю.Л. Проблемы статистической теории открытых систем: критерии относительной степени упорядоченности состояний в процессах самоорганизации // Успехи физических наук. – 1989. – Т. 158. – Вып.1. – С. 59–91.

15.Пригожин И. Переоткрытие времени // Вопросы философии. – 1989. – ¹ 8. – С. 3–19.

16.Князева Е.Н., Курдюмов С.П. Синергетика как новое мировидение: диалог с И. Пригожиным // Вопросы философии. – 1992. – ¹ 12. – С. 3–20.

17.Концепции самоорганизации: становление нового образа научного мышления. – М., 1984.

18.Синергетическая парадигма. Нелинейное мышление в науке и искусстве. – М., 2001.

19.Майнцер К. Сложность и самоорганизация. Возникновение новой науки и культуры на рубеже века // Вопросы философии. – 1997. – ¹ 3. –

Ñ.48–61.

20.Ахромеева Т.С., Курдюмов С.П., Малинецкий Г.Г., Самарский А.А.

Нестационарные структуры и диффузионный хаос. – М., 1992.

21.Канке В.А. Основные философские направления и концепции науки. Итоги XX столетия. – М., 2000.

432

Глава 22. ФИЛОСОФИЯ ФИЗИКИ

22.1. Классическая механика

Физика – фундаментальная естественнонаучная дисциплина. Эпохальный труд Исаака Ньютона «Математические начала натуральной философии» [1] был опубликован в 1687 г. Ньютон был первым, кто сумел представить классическую механику в целостном виде. Появление классической механики было в значительной степени подготовлено Галилео Галилеем, глубоко осознававшим фундаментальный факт: осмысление механических явлений предполагает использование идеализаций, например тела, движущегося по инерции, т. е. без всякого воздействия на него со стороны других тел. Теоретическое описание механических явлений не является тривиальной констатацией происходящего. Оно требует выработки особых понятий, для представления которых необходим язык математики. Но Галилею была доступна лишь элементарная математика. В отли- чие от него Ньютон широко использовал математический анализ, одним из создателей которого он и являлся. В деле математического моделирования механических явлений Ньютон был значительно выше Галилея.

Говоря о времени, пространстве и движении, Ньютон полагал, что они могут быть либо абсолютными, истинными, математическими, либо относительными, кажущимися, обыденными [1, с. 30]. Иначе говоря, истинное – значит математическое; отход от математики – путь к кажущемуся и обыденному. Ньютон, воспитанный в духе британского эмпиризма, не был склонен к философствованию. Нет необходимости рассуждать о том, являются ли физические понятия абстракциями или же какими-то загадочными идеализациями. Достаточно уразуметь главное: физические понятия должны быть представлены в математическом виде. В подобном стиле рассуждает абсолютное большинство современных физиков.

Основания механики Ньютона составляют три закона и два положения относительно природы пространства и времени.

Первый закон Ньютона: материальная точка в отсутствие действия на нее сил или при их взаимном уравновешивании находится в состоянии покоя или равномерного движения.

433

Часть 2. Специальная философия науки

Второй закон Ньютона: скорость изменения импульса р материальной точки равна действующей на нее силе F, т. е.

где m, V, a и t являются символьными обозначениями соответственно массы, вектора скорости, вектора ускорения и времени (в записях формул векторы обозначаются буквами, выделенными жирным шрифтом).

Третий закон Ньютона: две материальные точки действуют друг на друга с силами F1 è F2, которые численно равны и направлены в противоположные стороны вдоль прямой, соединяющей эти точки:

F1 = – F2.

Законы Ньютона предполагают определенную природу пространственных и временных промежутков. По Ньютону, истинное время абсолютно, ни отчего не зависит и протекает равномерно. Для измерения любых промежутков времени достаточно иметь одни часы, ход которых должен быть строго равномерным. Жалобы на невозможность изготовления таких часов ньютонианцами не принимаются, ибо природа времени от этого обстоятельства никак не зависит. Пространство Ньютон также считал абсолютным, оно везде является одним и тем же. Это означает, что для измерения длин следует использовать недеформируемые твердые тела с нанесенными на них делениями. Ньютонианцы отлично осознают, что все тела деформируемы. Им важно подчеркнуть, что пространство как таковое – недеформируемое.

Гений Ньютона проявился прежде всего в разработке оснований механики, позволяющих объяснить многочисленные эмпирически фиксируемые факты. Так, назначение первого закона Ньютона состоит в том, чтобы определить условие выделения так называемых инерциальных систем отсчета. Инерциальными являются все системы отсчета, которые не подвергаются неуравновешивающим друг друга внешним воздействиям. Механика Ньютона справедлива именно для инерциальных систем отсчета. Все инерциальные системы отсчета равноправны в том смысле, что в каждой из них законы Нью-

434

Глава 22. Философия физики

тона являются одними и теми же. Законы движения тел не зависят от той инерциальной системы отсчета, которая избрана физиком с целью их описания. Если акцент делается на неизменности вида уравнений движения, то говорят о принципе инвариантности (неизменности). Если же подчеркивается относительность движения рассматриваемых тел, то говорят о принципе относительности. «Принцип инвариантности» и «принцип относительности» – это одно и то же. Применительно к механическим явлениям принцип относительности был впервые обнаружен Галилеем. Чтобы соблюсти принцип относительности классической механики при переходе от одной инерциальной системы отсчета к другой, используются преобразования Галилея:

x′ = x − ut, y′ = y, z′ = z; t′ = t,

где u – скорость удаления инерциальной системы L′ от L по оси х; x, y, z, t и x ′, y ′, z ′, t ′ – пространственно-временные координаты соответственно систем L и L′.

Второй закон Ньютона в предельно отчетливом виде выражает динамику механических явлений. В качестве причин механических изменений выступают силы. Крайне важно, что Ньютону удалось записать уравнение динамики в дифференциальной форме: из состояния движения в некоторый момент времени выводится другое состояние, во времени непосредственно следующее за первым. По мнению А. Эйнштейна, «дифференциальный закон является той единственной формой причинного объяснения, которая может полностью удовлетворить современного физика. Ясное понимание дифференциального закона есть одно из величайших духовных достижений Ньютона» [2, с. 83]. Что касается третьего закона Ньютона, то обыч- но он считается менее важным, чем первые два закона. Это мнение убедительно опроверг Н.В. Мицкевич. Он показал, что «без третьего закона Ньютона его физика не отражала бы единства и самосогласованности воздействия физического мира» [3, с. 124].

Основополагающую роль в механике Ньютона играют также понятия пространства и времени, причем именно в том их виде, в котором великий ученый их представлял. Достаточно часто Ньютона обвиняют в абсолютизации пространства и времени, а также в непо-

435

Часть 2. Специальная философия науки

нимании им тех пространственно-временных реалий, которые в ХХ в. обнаружил А. Эйнштейн. Однако новации последнего невозможно вписать в механику Ньютона.

Крайне важно понимать самосогласованность основных положений Ньютоновской теории. В этой связи достойна упоминания знаменитая полемика по поводу природы пространства и времени между Г. Лейбницем и ньютонианцем С. Кларком [4]. Оба не утруждали себя ссылками на физическую теорию – более всего они думали о Боге (современные физики об этом не спорят). Лейбниц вполне справедливо настаивал на том, что вне вещей и процессов нет пространства и времени. Но при этом он упускал из вида, что сам не в состоянии дать более содержательного и актуального теоретического истолкования пространственных и временных свойств механических явлений, чем Ньютон.

Можно вслед за Лейбницем понимать время как форму сменяемости явлений. Но как ее понять и описать теоретически? Так, как это делал Ньютон (в начале XVIII в. не было более актуальной теории механических явлений, чем классическая механика). Слабость позиций Кларка и Лейбница состояла в том, что в них было очень мало философии механики. Желание обойтись в философском споре без научных теорий всегда чревато мифологическими и теологи- ческими фантазиями.

Возвращаясь непосредственно к механике Ньютона, отметим, что многим физикам на протяжении, по крайней мере, трех веков она казалась безальтернативной. Но, как выяснилось, упомянутая альтернатива выросла в ней самой. Речь идет об очень интересном в философском отношении феномене, эффективно осмысленном О.С. Разумовским [5]. В кратчайшем изложении суть дела состоит в следующем [6, с. 10–21]. Наиболее общая формулировка закона движения механических систем получается при использовании не второго закона Ньютона, а принципа наименьшего действия Гамильтона. Среди всех достаточно малых возможных перемещений механической системы за один и тот же промежуток времени действительным является тот, для которого будет минимальным действие S :

t2

S = ∫ Ldt,

t1

436

Глава 22. Философия физики

где L – функция Лагранжа, равная разности кинетической (Т) и потенциальной энергии (V), L = T – V.

Как в механике Ньютона, так и в аналитической механике, или Лагранжевой механике, уравнения движения записываются в дифференциальной форме. Правда первая базируется на двух векторах: импульсе и силе, а вторая на двух скалярах кинетической энергии и так называемой «силовой функции» Н (Н = Т + V ). Механические явления осмысливаются по-разному: в механике Ньютона на основе понятия силы, а в Лагранжевой механике на основе понятия действия. При описании некоторых явлений механика Ньютона и Лагранжева механика тождественны друг другу. Но существует немало ситуаций, для объяснения которых лучше подходит либо та, либо другая механика, или даже исключительно одна из них. Следовательно, механика Ньютона и механика Лагранжа не полностью эквивалентны друг другу, т. е. являются конкурирующими теоретическими концепциями [5, с. 43]. А это означает, что теоретическая механика в концептуальном отношении плюралистична, неоднозначна. Многообразие теоретических позиций актуально не только, например, для математики, но и для механики.

Выше уже затрагивался вопрос о физических идеализациях. В деле осмысления физики он является одним из ключевых. Само слово «идеализация» наводит на мысль, что введение физических понятий связано с «огрублением» действительности, абстрагированием от ее существенных черт. Такое мнение широко представлено в научной литературе, но все же представляется поверхностным, известной данью эмпирической теории абстракций Локка. Это особенно очевидно в свете важного аргумента Е. Вигнера: «...важно заметить, однако, что математическая формулировка полученных физиком зачастую не слишком точных экспериментальных данных приводит в огромном большинстве случаев к удивительно точному описанию широкого класса явлений. <...> Правильно будет сказать, что математический язык отвечает существу дела» [7, с. 190].

В физике теоретически актуальные идеализации, как правило, вводятся для обеспечения успеха математического моделирования. Но если последнее эффективно, то никак не правомерен вывод об ущербности исходных идеализаций. Они не «огрубляют» действительность, а впервые представляют ее в наиболее адекватном виде.

437

Часть 2. Специальная философия науки

Когда, руководствуясь теоретической механикой, утверждают, что центр масс системы тел является материальной точкой, то выражают «существо дела», а отнюдь не его искажение. Ум человека осмысливает явления концептуально. Идеализация как упрощение теории и как выработка строгих научных понятий – не одно и то же. Мир физики продуктивно осмысливается не иначе как посредством науч- ных теорий. И, как мы видели, они не извлекаются прямо из эксперимента. История развития механики Ньютона не подтверждает тезисов эмпиризма. Разумеется, теория актуальна лишь тогда, когда она подтверждается экспериментальными данными.

Механика Ньютона отнюдь не проста для понимания. Это ясно хотя бы постольку, поскольку в ней широко используются трудные для осмысления предельные переходы. Так, скорость vx определяется согласно формуле: v = lim ∆ x /∆ t, при ∆ t→ 0. К тому же выясняется, что в микромире, при малых ∆ t, многие из физических пределов теряют смысл [8, с. 1218]. А это означает, что идеализации классической механики не обладают абсолютной безупречностью. В полной мере это выясняется даже не столько при сравнении предсказаний классической механики с данными экспериментов, сколько при ее интерпретации посредством развитых физических теорий. Классическая механика считается самой простой среди всех физических теорий. Строго говоря, ее «простота» заключается исключительно в том, что она ближе других физических теорий примыкает к обыденному знанию. Но с позиций наиболее развитого физического знания классическая механика исключительно трудна для понимания прежде всего в силу недостаточной концептуальной силы ее понятий.

22.2. Специальная теория относительности А. Эйнштейна

После Ньютона прошло без малого двести лет, прежде чем была создана принципиально другая, нежели классическая механика, физическая теория. Речь идет о работах Дж. Максвелла 1860-х годов, в которых он сформулировал макроскопическую электродинамику. Впервые физика стала описывать специфику определенного типа взаимодействий – электромагнитных. Максвелл осуществил в области электродинамики то же самое, что сделал Ньютон в механике, а именно: представил в интегрально-дифференциальном виде резуль-

438

Глава 22. Философия физики

таты экспериментов. Но максвелловская электродинамика встретилась с определенными трудностями, осмысление которых привело в конечном итоге к открытиям А. Эйнштейна и созданию специальной теории относительности, чьи положения были восприняты как весьма неожиданные.

В механике Ньютона все инерциальные системы отсчета равноправны, ни одна из них не имеет преимущественного значения.

Âэлектродинамике Максвелла свет интерпретировался как колебания эфира. Получалось, что эфир есть абсолютная система отсчета.

Âэкспериментах, в том числе в опыте Майкельсона, был установлен факт постоянства скорости света в вакууме. Но это противоречит выводам Галилея. Скорость света, испускаемого движущимся источ- ником, должна быть, по определению, больше, чем скорость света, исходящего от неподвижного источника. Неожиданностью стал и следующий факт. Уравнения Максвелла инвариантны не относительно преобразований Галилея, а по отношению к так называемым преобразованиям Лоренца. Почему принцип относительности Галилея несостоятелен в электродинамике, оставалось неясным.

Êначалу ХХ в. в электродинамике сложилась уникальная ситуация. Никак не удавалось представить в теоретической форме многочисленные экспериментальные данные (к вопросу о том, выводится ли теория из эксперимента!). Выход из затруднительной ситуации нашел А. Эйнштейн. Фундамент изобретенной им специальной теории относительности (СТО) составляют два постулата: 1) скорость света в вакууме одинакова во всех системах отсчета, движущихся равномерно относительно друг друга; 2) все законы природы одинаковы во всех системах отсчета, движущихся равномерно относительно друг друга. Согласно положению 2 принцип относительности характерен для электродинамики отнюдь не в меньшей степени, чем для механики Ньютона. Сформулированный Эйнштейном принцип относительности соблюдается не только в электродинамике, но и в механике Ньютона. Новый принцип относительности более универсален, чем принцип относительности Галилея, но он справедлив только для инерциальных систем отсчета, в неинерциальных системах отсчета он нарушается. Поэтому Эйнштейн назвал принцип относительности электродинамики специальным. Общий принцип относительности появится в теории тяготения Эйнштейна.

439

Часть 2. Специальная философия науки

Создание СТО вынудило физиков к существенному пересмотру концептуальных оснований физики. В этой связи Эйнштейн неоднократно отмечал, что философствовать приходится не только философу, но и физику [9, с. 200]. Из положений СТО вытекало, что скорость передачи взаимодействий не может превышать скорости света в вакууме (в этом состоит содержание концепции близкодействия). Согласно принятой в механике концепции дальнодействия взаимодействие может осуществляться с бесконечно большой скоростью. Еще один неожиданный вывод состоял в том, что релятивистские эффекты пространства и времени (относительность одновременности, замедление хода времени движущихся часов и укорочение длин движущихся объектов) не иллюзорны, а действительны. Рассмотрим наиболее значимые с философской точки зрения положения СТО.

Что является причиной релятивистских пространственных и временных эффектов? По этому поводу чаще других приводятся три точки зрения. Часть авторов считает, что поскольку длительности процессов и протяженности объектов относительны, постольку они зависят от субъективных предпочтений наблюдателя. Другая точка зрения: релятивистские пространственно-временные эффекты формируются в процессе измерения. И, наконец, еще одна интерпретация СТО состоит в понимании изменения масштабов длины и времени как результата действия некоторых сил. Последняя позиция была убедительно обоснована в обширной статье Е.Л. Фейнберга [10], которая, впрочем, вызвала ожесточенную дискуссию. Релятивистские пространственно-временные эффекты имеют место и в космосе, где нет человека. Следовательно, они не определяются его произволом или его измерительной деятельностью. Релятивистские эффекты не возникают сами по себе. Они вызываются к жизни определенными динамическими факторами. Желаете, сидя в ракете, стать моложе своего близнеца, ожидающего вас на аэродроме, увеличьте скорость ракеты.

Относительность одновременности и скорость света в прямом и обратном направлениях. Согласно механике Ньютона каждый момент мирового времени относится ко всем существующим явлениям. Все они одновременны, причем по отношению к любой системе отсче- та. Сначала А. Пуанкаре [11] (1898), а затем А. Эйнштейн [12] (1905)

440