начинает проявляться. В преодолении этого — одна из задач современного естествознания.

Принцип дополнительности Бора универсален для человеческого познания и проявляется, в частности, когда люди пытаются связать физиологические и психические феномены. В соответствии с этим принципом, по-видимому, нельзя исследовать (измерять!) сознание и функции мозга одновременно. Чем больше известно о деятельности мозга субъекта, тем меньше информации можно добыть о его психологическом состоянии. И наоборот, чем лучше мы знаем психологическое состояние, тем меньше информации о процессах, протекающих в мозге человека. Этот принцип проявляется также в том, что физическое воздействие на мозг (с целью изучения его деятельности) разрушает психологическую картину внутреннего мира субъекта, которую

40

можно наблюдать в полном объеме, если никакого инструментального воздействия не существует.

Понятно теперь, что применением лишь одного способа познания мира мы не можем построить его целостную картину. Имеющаяся современная концепция Универсума носит в основном физический характер. Человек с его знанием и совестью никак пока не рассматривается в физических моделях. Отметим, что уже делаются попытки построения таких моделей для физики нравственности, физики бессмертия, физики души, алгебры совести и т.д. Например, в алгебраической модели В. А. Лефевра строятся взаимосвязи между такими человеческими сущностями, как совесть и музыка, с одной стороны, и такими физическими сущностями, как элементарные частицы и их наблюдения, с другой.

Целостный подход к восприятию действительности с учетом естественно-научного и гуманитарного методов его изучения и применение принципа дополнительности Бора в качестве инструментария познания дают возможность решить задачу более полного понимания реального мира, могут даже изменить идеологию, выяснить причины потрясений в современном обществе, столь неустойчивом, когда человек часто теряет ориентацию из-за отсутствия стабильных критериев и ценностей и обоснованного научного объяснения всех происходящих в мире явлений.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Каков смысл понятия «современное естествознание» и какова цель его изучения?

2.В чем ценность натурфилософии и какие идеи древних мыслителей подтверждаются в современном естествознании?

3.Какие три научные программы были развиты в древнегреческом естествознании? В чем их различие?

4.Какими фундаментальными принципами пользуются для объяснения современной картины мира?

5.Какие два подхода существуют в настоящее время для описания мира? Почему возникает необходимость гармонизации этих подходов и холизма в современном естествознании?

6.Что, по Вашему мнению, объединяет современную физику и восточный мистицизм?

7.Какова роль математики в современном естествознании?

8.В чем сущность принципа дополнительности Бора и как он трактуется в физике и современном естествознании?

9.В чем разница между биологической эволюцией Дарвина и физической эволюцией Больцмана?

10.Что понимается под научной картиной мира и как ее представляете именно Вы?

11.В чем недостатки физикализма и антропоцентризма?

ЛИТЕРАТУРА

3, 16, 18, 19, 23, 26, 42, 43, 44, 47-49, 56, 60, 61, 92, 99, 106, 108, 114, 115, 139, 140, 141, 150.

41

Глава 2. МЕХАНИКА ДИСКРЕТНЫХ ОБЪЕКТОВ

C давних времен, с них пор как су-ществует изучение природы, она имеет в качестве идеала конечную важную задачу: объединить пестрое многообразие физических явлений в единую систему, а если возможно, в одну-единственную формулу.

М. Планк

Часто физик пытается объяснить другим то, что он еще сам не вполне ясно понимает.

Я. Смородинский

Горбачев В. В. Концепции современного естествознания:—М.: ООО «Издательский дом «ОНИКС 21 век»: ООО «Издательство «Мир и Образование», 2003. — 592 с: ил.

Изучение простых движений исторически стало первым приложением научного метода к проблемам реального физического мира. В физике движение рассматривается в самом общем виде как изменение состояния физической системы и для описания состояния вводится набор измеряемых параметров. Параметры движения (траектория s, скорость v, ускорение а, масса m, сила F; импульс р, энергия Е) в законах динамики Ньютона достаточно четко описывают разнообразные изменения состояния объектов, хорошо известные из общего курса физики. Примерами движений являются движущиеся атомы, электрический ток как направленное движение электронов, движение планет вокруг Солнца, перемещение любых объектов в пространстве и т.д. Рассмотрим хорошо, казалось бы, известное понятие движения в целом как свойство материи.

Поскольку в классической физике мы принимаем за аксиому дискретность объектов природы, то при их движении мы должны определить систему отсчета (где считать, вычислять перемещение объекта) и положение объекта в ней (как найти место объекта в системе и определить его перемещение). Любое изменение состояния реального объекта в природе — будь это простое перемещение или более сложное — называют событием. Этот термин сближает естественно-научный язык с гуманитарным. Заметим, что понятие «состояние» объекта является достаточно сложным: мы употребляем его для описания разных характеристик (состояние атмосферы, состояние общества, состояние здоровья и т.д.), а не просто описания физического состояния объекта. Обычно под событием понимают только изменение положения объектов или их совокупностей в пространстве с течением времени. Таким образом, все события

42

происходят в пространстве и времени. С позиции физики это означает введение некой системы отсчета с функциональной зависимостью координат от времени:

x = x(t); у = y(t); z = z(t),

2.1. Трехмерность пространства

Выбор пространства трехмерным в известной мере кажется произвольным, интуитивным и даже историчным, когда перешли от натурфилософского понимания пространства к количественному описанию его на математическом языке параметров объектов. Более того, можно было бы сказать, что такое трехмерное пространство выбрано ради удобства: мы лучше именно так воспринимаем мир. Построенные на таком трехмерном восприятии все последующие законы изменения мира в точных естественных науках подтверждаются в грандиозных успехах техники, что нас убеждает, может быть, в неосознанном выборе метрики пространства. Хотя известно, что и в философии, и в математике имеются представления о многомерности пространства.

В то же время применение именно числа 3 может быть и не было случайным. Мы уже упоминали о двух подходах к изучению Мира, о двух культурах: естественной и гуманитарной, но можно без грубого вульгаризма отнести сюда и культуру религии. И таким образом можно говорить о трех способах познания, присущих Homo sapiens: аналитический — наука, художественный, чувственный, иногда иррациональный —- искусство и ре-конструктивно-пророческий, по большей части всегда иррациональный — религия. Как это ни парадоксально с материалистической точки зрения, но все три способа познания, а значит и определяемые ими ветви знаний, имеют области взаимного пересечения. Известный русский философ религии отец П. Флоренский (1882—1943),

физик по образованию, говорил о природе: «Через пространство и время все обозначено числом три, и троичность есть наиболее общая характеристика бытия».

Искусство во многом основывается не только на принципе гармонии и красоты, но и на их мистическом восприятии и передаче в произведениях искусства, т.е. на религиозном мировоззрении, дающем творческий импульс, но, конечно, искусство для достижения своих целей использует научные методы, например, научные принципы гармонии и перспективы [116]. В свою

43

очередь, наука требует не только красоты теоретических построений, но и рациональной веры в справедливость исходных положений аксиом. Примеры троицы: троичность единого Бога (Бог-Отец, Бог-Сын, Бог — Святой Дух), 3 закона Ньютона, 3 закона сохранения, 3 начала термодинамики, 3 поколения фундаментальных элементарных частиц, 3 геометрии пространства: Евклида — плоская, Римана — сферическая, точнее эллиптическая, и Лобачевского — гиперболическая, а также дарвиновская триада: изменчивость, наследственность, отбор и, наконец, 3 измерения

Горбачев В. В. Концепции современного естествознания:—М.: ООО «Издательский дом «ОНИКС 21 век»: ООО «Издательство «Мир и Образование», 2003. — 592 с: ил.

времени: прошлое, настоящее, будущее. В личности отец П. Флоренский также усматривал «троицу»: «Каждое психическое ее движение трояко по качеству так, что содержит отношение к уму, к воле и к чувству».

Остановимся несколько подробнее на современных физических обоснованиях трехмерности нашего пространства, в котором мы живем. Почему же все-таки наше физическое пространство трехмерно? Физики давно поняли, что здесь кроется какая-то загадка, тайна. Австрийский физик и философ Э. Мах (1838—1916) в своей работе [90] поставил вопрос: «Почему пространство трехмерно?».

Заметим, что Э. Мах вовсе не считал пространство жестко трехмерным. Он писал:

«Поскольку атомы и молекулы по своей природе не могут быть даны нашим чувствам, мы не имеем никакого права мыслить обязательно эти вещи в отношениях, соответствующих евклидову трехмерному пространству. «Нечувствительные» вещи не должны быть обязательно представлены в нашем чувственном пространстве трех измерений. Таким образом я пришел к мысли об аналогах пространства различного числа измерений». Согласно современным представлениям физическая модель трехмерного пространства, строго говоря, относится к объектам, которые можно представить материальной точкой.

Рассмотрим, что было бы, если бы пространство имело число измерений, отличное от трех. Простые взаимодействия описываются законом Ш. Кулона (1736—1806) и законом И. Ньютона (1643—1727). Согласно этим законам электрические и гравитационные силы ослабляются ~1/r2. Наиболее наглядное объяснение этому такое: с увеличением расстояния силовые линии поля распределяются по все большей поверхности сферы, охватывающей заряд или массу, а площадь сферы увеличивается пропорционально квадрату радиуса. Значит, плотность силовых линий, пронизывающих эту сферу, уменьшается как 1/r2, что и опреде-

44

ляет закон изменения этих сил. Немецкий философ И. Кант (1724—1804) писал:

«Трехмерность происходит, по-видимому, оттого, что субстанции в существующем мире действуют друг на друга таким образом, что сила действия обратно пропорциональна квадрату расстояния».

Если пространство геометрически четырехмерно, то, как известно из математики, площадь трехмерной сферы в таком пространстве пропорциональна уже кубу радиуса, если оно пятимерно, — то 4-й степени радиуса, и т.д. Таким образом, мы получаем, что в разных пространствах — разные физические законы. Но «наши»-то законы работают! Свидетельство этому — многочисленные технические применения и устройства. Поэтому можно сделать вывод, что наше пространство трехмерно. В механике показывается, что в пространстве любого числа измерений центробежные силы пропорциональны 1/r3 (при движении точечного или любого тела по круговой орбите, например вокруг другого центрального), не зависят от числа измерений пространства. Из механики также известно, что для существования устойчивых круговых орбит необходимо, чтобы центробежные силы уменьшались с расстоянием быстрее, чем силы притяжения. Иначе малейшее возмущение приведет либо к падению заряда в центр вращения, либо «улет» его в бесконечность. Нет устойчивости орбит — нет вообще связанных состояний. Значит, для наличия таких состояний нужно, чтобы размерность была не более трех. А связанность необходима для существования объектов. Что изменится, если пространство будет двухили даже одномерным? Теория показывает, что в таком пространстве силы уменьшаются очень медленно, и при любых начальных скоростях все тела упадут в центр вращения, т.е. не будет свободного движения притягивающихся тел. Поэтому в таких пространствах нет связанных устойчивых систем, нет ни атомов, ни галактик.

Может быть, природа пыталась, и неоднократно, создать Вселенные с разными свойствами (и размерностями!)? Но только в трехмерном пространстве имеются и связанные, и свободные состояния: связанные гравитирующие системы и свободное, но устойчивое движение. Другими словами, только в этом случае возможно образование сложных и разнообразных структур, способных к возникновению и распаду. Только здесь имеется возможность возникновения жизни, изменчивости эволюции.

45

Следовательно, именно в этих пространствах (а может быть, и только в них!) могут существовать разумные существа. Представление о них, как о себе, нашло свое отражение в антропном принципе (см. § 6.6). Поэтому не удивительно для нас утверждение, что мы живем именно в трехмерном пространстве. Как писал русский поэт

Горбачев В. В. Концепции современного естествознания:—М.: ООО «Издательский дом «ОНИКС 21 век»: ООО «Издательство «Мир и Образование», 2003. — 592 с: ил.