Канке В.А. Энциклопедия философии науки

Глава 22. Философия физики

уже отмечалось, эти эксперименты отнюдь не свидетельствуют в пользу гипотезы реальности «скрытых» параметров частиц. Проверяется в экспериментах и явление декогеренции.

Квантовая теория поля. Исторически она явилась реакцией на необходимость описания многообразных экспериментальных данных, связанных с взаимопревращением частиц, участвующих в электромагнитных, слабых и сильных взаимодействиях. В наши дни существует множество экспериментальных проектов по проверке стандартной модели КТП. Решающее значение придается поискам хиггсов. Данное обстоятельство свидетельствует о разном относительном научном весе экспериментов. Это указывает на небесплодность представлений о решающем эксперименте.

Теория струн. Теория струн пока характеризуется в качестве «теории, существование которой непроверяемо экспериментально в опытах по физике элементарных частиц» [45, c. 978]. Надо полагать, она не отвергается физиками постольку, поскольку входит в научнотеоретический ряд в качестве конкурента КТП. Ожидается, что рано или поздно появится возможность сделать выбор между теорией струн и квантовой теорией поля, исходя из экспериментальных фактов.

Подведем необходимые итоги.

1.Научный вес различных экспериментов неодинаков. С учетом этого следует признать, что представление о решающем эксперименте не лишено позитивного смысла.

2.Специфика эмпирического факта не поглощается его теорети- ческой «нагруженностью». Это ясно постольку, поскольку в случае устаревания теории он вступает с ней в логическое противоречие.

3.История физики свидетельствует о неодинаковой экспериментальной значимости конкурирующих теорий.

22.8. Методологические принципы физики

Во всякой науке основополагающую роль играют методологические предпочтения. Физика в этом смысле отнюдь не является исклю- чением из общего правила. Бесспорно, в необычайно ярком виде здесь представлены семантические аспекты: физика есть описание реальных явлений. Но чтобы добиться эффективной семантики, физики вынуждены подключать к ней методологию, выступающую как

481

Часть 2. Специальная философия науки

совокупность методологических принципов. Речь идет о метанауч- ной прагматике в том ее виде, в каком она определяет специфику физики. На этот раз изучаются не реальные физические явления как таковые, а способы их научного постижения.

Принцип наблюдаемости. Актуализацию принципа наблюдаемости применительно к физике чаще всего связывают с именами Э. Маха и В. Гейзенберга. Согласно принципу наблюдаемости «разумно включать в теорию только величины, поддающиесяся наблюдению» [55, c. 191]. В дискуссии с Гейзенбергом противоположную точку зрения отстаивал А. Эйнштейн: «...с принципиальной точки зрения желание строить теорию только на наблюдаемых величинах совершенно нелепо. Потому что в действительности все ведь обстоит как раз наоборот. Только теория решает, что именно можно наблюдать» [56,

c.191–192].

Ý.Мах настаивал на представлении всего физического в форме ощущений [56, c. 17]. Все, что не поддается такому представлению, не существует, в частности, атомы, а также абсолютное пространство и время. Будучи прекрасным баллистиком, он сомневался даже в существовании снаряда в промежутке времени от выстрела до его попадания в цель. Он успокоился лишь после получения фотографии летящего снаряда. В философской классификации позиция Маха является эмпириокритицистской. Трудно найти физика, который бы придерживался философской позиции Маха, как известно, отрицавшего материализм. Принцип наблюдаемости можно интерпретировать и материалистически: в понятиях человек воссоздает (отражает) то, что есть, следовательно, в теории не должно появиться нечто ненаблюдаемое. Компетентный физик вряд ли объявит себя сторонником материалистической теории отражения. Сложная история выработки физических теорий лучше всех аргументов убеждает его в том, что многие решающие идеи возникают отнюдь не благодаря созерцаниям действительности, а в силу творческого характера мышления человека.

Центральный момент упомянутого спора Гейзенберга и Эйнштейна – это прежде всего различное понимание статуса физической науки и места теории в ней. Эйнштейн более определенно, чем Гейзенберг, настаивал на относительной самостоятельности теории, обладающей неочевидной концептуальной силой. Разумеется, Эйнш-

482

Глава 22. Философия физики

тейн прекрасно понимал, что все действительно содержательные концепты так или иначе сопричастны результатам измерений. Вряд ли Эйнштейн имел бы повод возражать против такой формулировки принципа наблюдаемости: содержательность физических понятий непременно должна проявиться в результатах наблюдений. Возможно, однако, что такую формулировку он назвал бы тривиальной. Обсуждаемую ситуацию можно пояснить известным квантовомеха-

ˆψ = ψ

ническим уравнением: A a . В эксперименте измеряется (т. е. на-

блюдается) только a (собственное значение оператора). ˆ è ψ íå íà-

A

блюдаются как таковые. Но надо учитывать, что значения а опреде-

ляются видом ˆ и ψ . В уравнения физики не допускаются

A

величины, которые не имеют отношения к результатам измерения.

Âистории физики был очень интересный с философской точки зрения этап – 1960-е годы, когда сомнения в правомерности квантового подхода привели к торжеству метода S-матрицы (матрицы рассеяния). При этом методе рассматриваются два состояния квантовой системы – начальное и конечное. Промежуточные же состояния системы не получают своего выражения. Высказывалось мнение, что при взаимодействии частиц они сливаются в «комок», структурные части которого невозможно выделить. Эти части существуют, хотя они и не представлены в экспериментальных данных. Если бы эта позиция была правильной, пришлось бы ограничить принцип наблюдаемости: не все физическое проявляется в эксперименте. Однако успехи квантовой теории поля опровергли скепсис относительно информационного содержания экспериментальных наблюдений. Структура взаимодействий отображается, в частности, на диаграммах Фейнмана.

Âфилософской литературе широко распространено мнение, что принцип наблюдаемости несостоятелен, и это, якобы, доказано Эйнштейном. Вышеизложенное свидетельствует о другом. Несостоятелен принцип наблюдаемости в махистской, материалистической или гейзенберговской трактовках. Но отсюда никак не следует вывод, что для физики вообще не актуален принцип наблюдаемости. Бесспорно, физики не отказались от принципа наблюдаемости. Как нам представляется, его разумно сформулировать следующим образом: содержательность всех компонентов физической теории непременно должна проявляться в результатах физических экспериментов.

483

Часть 2. Специальная философия науки

Принцип наглядности. В истории физики, особенно квантовой, не счесть коллизий, связанных с желанием представить тот или иной физический объект или процесс в так называемой наглядной форме. Квантовые объекты изображали то в форме точек, движущихся по некоторым траекториям, то в виде цуга, пакета волн, но ни первый, ни второй образ не оказался правильным. Существуют исследователи, которые руководствуются принципом наглядности: физические явления, по их мнению, всегда можно и должно представлять наглядно. Но что такое быть наглядным? Всегда ли надо верить глазам своим? Часть исследователей называет наглядным только образы классической физики. Но их желание представить в этих образах квантовые явления заводит, как показывает история физики, в тупик. Для компетентных физиков уравнения квантовой физики, столь непривычные обывателю, действенны настолько, что нет необходимости переводить их в какие-либо другие формы. Мы приходим к выводу, что принцип наглядности не обладает ясным содержанием и имеет квазинаучный характер.

Принцип относительности к средствам наблюдения (ПОСН). Этот принцип уточняет содержание принципа наблюдаемости. Актуальность принципа относительности к средствам наблюдения выявилась при создании релятивистской и квантовой физики. На наш взгляд, актуальны, по крайней мере, три трактовки обсуждаемого принципа:

1)физические явления реальны не сами по себе, а лишь относительно средств наблюдения;

2)в отношении к средствам наблюдения физические явления проявляют себя в специфическом виде;

3)относительность к средствам наблюдения позволяет придать физической информации семантический (описательный) вид.

Первая формулировка ПОСН нам представляется несостоятельной, поскольку в ней не учитывается, что процесс физической интерпретации содержит множество переходов, в том числе такие, как

теория – эксперимент, эксперимент – теория, теория – факты, фак-

ты – реальные явления. Процессы, происходящие где-нибудь в неизведанной части Вселенной, существуют безотносительно к нашим средствам наблюдения. Вторая и третья формулировки ПОСН представляются нам вполне правомерными.

484

Глава 22. Философия физики

Принцип операционализма. Приверженец аналитической философии нобелевский лауреат американский физик П. Бриджмен утверждал, что «основная идея операционального анализа очень проста, а именно: нам не известно значение параметра до тех пор, пока не определены операции, которые используются нами или нашими коллегами при применении этого понятия в некоторой конкретной ситуации» [57, c. 8]. Он считал, что СТО свидетельствует в пользу операционализма. Однако А. Эйнштейн не согласился с Бриджменом. «Для того чтобы какую-нибудь логическую систему можно было счи- тать физической теорией, необходимо потребовать, чтобы все ее утверждения можно было, – излагает Эйнштейн точку зрения Бриджмена, – независимо интерпретировать и «операционалистски» «проверять». Но в действительности еще ни одна теория не смогла удовлетворить этим требованиям. Для того чтобы какую-нибудь теорию можно было считать физической теорией, необходимо лишь, чтобы вытекающие из нее утверждения в принципе допускали эмпирическую проверку» [58, c. 306]. Принцип операционализма можно рассматривать как прагматический вариант принципов наблюдаемости и относительности к средствам наблюдения.

Принцип дополнительности Н. Бора. Этот принцип является конкретизацией принципа относительности к средствам наблюдения (см. разд. 22.4).

Принцип детерминизма. Устоявшаяся точка зрения состоит в том, что для классической физики характерен лапласовский, а для квантовой физики – вероятностный детерминизм. Характерной чертой лапласовского детерминизма является однозначная (а не вероятностная) предсказуемость. Как известно, Юм и Кант отмечали нетривиальность введения в науку понятия причинно-следственной связи. Это обстоятельство, пожалуй, надо иметь в виду при обсуждении квантовой версии детерминизма. На наш взгляд, нет оснований для отказа от принципа детерминизма: все физические эффекты являются проявлениями материальных взаимодействий. Содержание принципа причинности следует, как нам представляется, выражать следующими положениями: 1) признается наличие некоторых состояний; 2) утверждается динамическая связь между этими состояниями; 3) отмечается сопряженность динамической связи состояний (событий) с их временными параметрами. Нарушение одного из этих условий ставит под сомнение принцип детерминизма.

485

Часть 2. Специальная философия науки

Положение о наличии некоторых состояний признается во всех современных физических теориях, в том числе в кантовой теории поля и теории струн. Динамическая связь физических объектов также не отрицается ни в одной из физических теорий. В квантовой теории поля объясняется, каким именно образом осуществляются электромагнитные, сильные, слабые и гравитационные взаимодействия. Ни одна из актуальных современных физических теорий не отказалась от признания сопряженности динамики с временной связью событий. В новейших физических теориях, в том числе в теории струн, энергично используется понятие времени. Все попытки отказаться от этого понятия закончились провалом. Таким образом, принцип детерминизма актуален для новейшей физики отнюдь не меньше, чем для классической физики. Разумеется, его теоретическая правомерность не может считаться раз и навсегда данной. Угроза принципу детерминизма исходит от принципа несепарабельности физических явлений. В случае ее наличия теряет смысл представление о динамической и пространственно-временной связи, а также о близкодействии. Пока, правда, не видно серьезных оснований для отказа от принципа детерминизма в его вероятностной интерпретации.

Принцип инвариантности уравнений физических теорий относительно некоторых преобразований. Об актуальности этого принципа было многое сказано выше (см. разд. 22.2–22.6).

Принцип соответствия теорий. Обилие физических теорий предполагает определенную их соотносительность, и более того, некоторую субординацию. Если одна теория сменяет другую, надо полагать, она имеет известное преимущество перед своей предшественницей. Очень часто субординацию физических теорий осмысливают на основе принципа соответствия: «...теории, справедливость которых установлена для той или иной предметной области, с появлением новых, более общих теорий не устраняется как нечто ложное, но сохраняет свое значение для прежней области как предельная форма и частный случай новых теорий» [59, c. 56]. Термин «принцип соответствия» был введен в физику Н. Бором в 1913 г. [60, c. 505]. Но впервые его содержание стало известным, по сути, в связи с созданием СТО (1905). Если в формулах специальной теории относительности считать c = ∞ , где с – скорость света, то они переходят в фор-

486

Глава 22. Философия физики

мулы классической механики. Принцип соответствия фиксирует также связь квантовой механики с классической физикой: если в формулах квантовой механики принять постоянную Планка за ноль, то они становятся похожими на формулы классической физики. При сопоставлении концепций, описывающих одну и ту же предметную область, всегда можно совершить предельный или асимптотический переход от формул одной теории к формулам другой теории. Бесспорно, такой переход указывает на определенную преемственность физических теорий. Вопрос заключается в том, какова эта преемственность.

По мнению И.В. Кузнецова, старая теория есть либо предельная форма, либо частный случай новой теории. Этот вывод не получает подтверждения при сравнении двух конкретных теорий. Сравним, к примеру, механику Ньютона и квантовую механику. Квантовая механика есть квантовая механика, у нее как теории нет никаких частных случаев. Не является механика Ньютона и предельной формой квантовой механики. Дело в том, что концепт «предельная форма» имеет, по определению, математический, а не физический смысл. Понятия физики невозможно вместить в концепт предельного перехода. Наша аргументация повторяет, по сути, ту критику принципа соответствия, которую проводили постпозитивисты Т. Кун и П. Фейерабенд (см. разд. 14.4). Эта критика нацеливала на тщательный анализ понятия «соизмеримость теорий». К сожалению Кун и Фейерабенд придали этому понятию сугубо негативный оттенок: теории несоизмеримы. В итоге проблема субординации физических теорий не получила у них содержательной интерпретации. На наш взгляд, традиционная трактовка содержания принципа соответствия не выявляет известную соподчиненность физических теорий, которая получает свое выражение в принципе теоретической актуальности и в методологическом концепте научно-теоретического ряда.

Принцип теоретической актуальности. Согласно данному принципу соотносительность старой и новой теории асимметрична: более совершенная наука позволяет интерпретировать содержание менее развитой науки, в частности, выявлять ее недостатки; старая теория не позволяет оценить ни достоинства, ни недостатки новой теории. Рассмотрим научно-теоретический ряд: квантовая теория поля →

487

Часть 2. Специальная философия науки

квантовая механика → специальная теория относительности → механика Ньютона. С позиции квантовой теории поля недостаток квантовой механики состоит в неучете взаимопревращения частиц. С позиций квантовой механики в СТО используется также неуместная абстракция – отказ от квантованности действия. С позиций СТО механика Ньютона использует абстракцию дальнодействия, т. е. скорость передачи взаимодействий считается бесконечно большой, но таковой она не является. В научно-теоретическом ряде возможны концептуальные переходы, но лишь в одном направлении: от более развитых теорий к менее развитым.

Несовершенная теория не может быть использована для интерпретации конкурентки. Механика Ньютона абсолютно безмолвствует относительно СТО, ОТО, квантовой механики и квантовой теории поля. Принцип научной актуальности выявляет смысл тех предельных переходов, которым придается столь большое значение в принципе соответствия. Предельный переход фиксирует, причем в сугубо математической форме, возможность интерпретации менее развитой теории на основе более совершенной теории. Предельный переход не свидетельствует в пользу устаревшей теории, а на ее концептуальном содержании не ставится знак высокого качества.

Предельные переходы ( → 0, →с∞ ) не ставят знак равенства

между формулами старой и новой теории: их концептуальное содержание различно. Возврат к старому концептуальному содержанию, как правило, непродуктивен. В тех или иных случаях иногда упрощают формулы новых теорий. Такое упрощение неправомерно связывать с реанимацией устаревших воззрений. Упрощенная формула теории Т все же остается лишь ее формулой. Итак, традиционное истолкование принципа соответствия не выявляет субординацию физических теорий. Она получает содержательное освещение посредством принципа научной актуальности.

Таким образом, научный статус физики впечатляет. Он необы- чен, оригинален и свидетельствует об огромном потенциале науки. Приобщиться к нему и оценить его – задача не из легких. В этом деле философия науки оказывается весьма кстати. Методологические уроки развития физики актуальны не только для нее самой, но и для всего корпуса наук в целом.

488

Глава 22. Философия физики

Литература

1.Ньютон И. Математические начала натуральной философии // Собрание трудов академика А.Н. Крылова.– М., 1936. Т.7.

2.Эйнштейн А. Механика Ньютона и ее влияние на формирование теоретической физики // Эйнштейн А. Собр. научн. тр. – М., 1967. Т. 4. –

Ñ.82–88.

3.Мицкевич Н.В. Третий закон Ньютона и согласованность взаимодействий в физике // Ньютон и философские проблемы физики ХХ в. – М., 1991. – С. 116–124.

4.Переписка с Кларком // Лейбниц Г.В. Соч. в 4 т. – М., 1982. Т. 1. –

Ñ.413–528.

5.Разумовский О.С. Проблемы взаимосвязи ньютоновской аксиоматики с экстремальными принципами // Ньютон и философские проблемы физики ХХ в. – М., 1991. – С. 35–51.

6.Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Механика. – М., 1965.

7.Вигнер Е. Этюды о симметрии. – М., 1970.

8.Хоофт Г. Противостояние с бесконечностью // Успехи физических наук. – 2000. – Т. 170. – ¹ 11. – С. 1218–1224.

9.Эйнштейн А. Физика и реальность // Эйнштейн А. Собр. научн. тр.

– Ì., 1967. Ò .4. – Ñ. 200–227.

10. Фейнберг Е.Л. Можно ли рассматривать релятивистские изменения масштабов длины и времени как результат действия некоторых сил? // Эйнштейновский сборник 1975–1976. – М., 1978. – С. 43–77.

11. Пуанкаре А. Измерение времени // Принцип относительности. – М., 1973. – С. 12/–21.

12. Эйнштейн А. К электродинамике движущихся сред // А. Эйнштейн. Собр. научн. тр. – М., 1965. Т. 1. – С. 7–35.

13. Рейхенбах Г. Философия пространства и времени. – М., 1985.

14. Тяпкин А.А. Выражение общих свойств физических процессов в пространственно-временной метрике специальной теории относительности // Успехи физических наук. – 1972. – Т. 106. – Вып. 4. – С. 617–659.

15. По поводу статьи Тяпкина А.А. «Выражение общих свойств физи- ческих процессов в пространственно-временной метрике специальной теории относительности» // Успехи физических наук. – 1972. – Т. 106. – Вып. 4. – С. 660–662.

16. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теория поля. – М., 1967.

17.Фок В.А. Физические принципы теории тяготения Эйнштейна // Эйнштейн и философские проблемы физики ХХ века. – М., 1979. – С. 255–267.

18. Риман Б. О гипотезах, лежащих в основании геометрии // Альберт Эйнштейн и теория гравитации. – М., 1979. – С. 18–33.

489

Часть 2. Специальная философия науки

19.Клиффорд В. О пространственной теории материи (Резюме) // Альберт Эйнштейн и теория гравитации. – М., 1979. – С. 36–37.

20.Логунов А.А. Рейхенбах, Эйнштейн и современные представления о пространстве и времени // Г. Рейхенбах. Философия пространства и времени. – М., 1985. – С. 314–322.

21.Примечание//А. Эйнштейн. Собр. научн. тр. – М., 1967. Т. 4. – С. 32.

22.Эйнштейн А. Эрнст Мах // А. Эйнштейн. Собр. научн. тр. – М., 1967. Т. 4. – С. 8–32.

23.Эйнштейн А. Автобиографические заметки// А. Эйнштейн. Собр. научн. тр. – М., 1967. Т. 4. – С. 259–293.

24.Эйнштейн А. Замечания о теории познания Бертрана Рассела // Эйнштейн А. Собр. научн. тр. – М., 1967. Т. 4. – С. 248–252.

25.Мехра Дж. Рождение квантовой механики // Успехи физических наук. – 1977. – Т. 122. – Вып. 4. – С. 719–744.

26.Мандельштамм Л.И. Лекции по оптике, теории относительности и квантовой механике. – М., 1972.

27.Бор Н. Дискуссия с Эйнштейном по проблемам теории познания в атомной физике // Н. Бор. Избранные научные труды. – М., 1971. Т. 2. –

Ñ.399–434.

28.Фок В.А. Квантовая физика и философия // Н. Бор. Избранные научные труды. – М., 1971. Т. 2. – С. 648–650.

29.Менский М.Б. Квантовая механика: новые эксперименты, новые приложения и новые формулировки старых вопросов // Успехи физических наук. – 2000. – Т. 170. – ¹ 6. – С. 631–647.

30.Эйнштейн А., Подольский Б., Розен Н. Можно ли считать, что квантовомеханическое описание физической реальности является полным?// А. Эйнштейн. Собр. научн. тр. – М., 1966. Т. 3. – С. 604–611.

31.Бор Н. Можно ли считать квантовомеханическое описание полным? // Н. Бор. Избранные научные труды. – М., 1971. Т. 2. – С. 180–191.

32.Цехмистро И.З. Импликативно-логическая природа квантовых корреляций // Успехи физических наук. – 2001. – Т. 171. – С. 452–459.

33.Bell J.S. On the Einstein-Podolsky-Rosen Paradox // Physics. – 1974.

– Vol. 1. – N. 3. – P. 195–200.

34.Панченко А.И. Теорема Белла и реалистические интерпретации квантовой теории // Философия физики элементарных частиц. – М., 1995.

– Ñ. 168–184.

35.Нейман Дж. фон. Математические основы квантовой механики. – М., 1964.

36.Цехмистро И.З. Диалектика множественного и единого. – М., 1972.

37.Григорьев В.И., Мякишев Г.Я., Широков Ю.М. Квантовая механика // Физика микромира. – М., 1980. – С. 8–46.

38.Менский М.Б. Квантовое измерение: декогеренция и сознание // Успехи физических наук. – 2001. – Т. 171. – ¹ 4. – С. 459–462.

490