Философские проблемы конкретных научных дисциплин. Учебник для аспирантов нефилософских специальностей

3.2. Философские проблемы физики

Нелокальная реальность. Одним из наиболее интересных аспектов современной квантовой механики является проверка нелокальной реальности. Нелокальная реальность – это представление о том, что события, происходящие в одной части Вселенной, могут влиять на события, происходящие в другой ее части, даже если они разделены большим расстоянием. Эта гипотеза была предложена в 1935 г. австрийским физиком Эрвином Шредингером в ответ на выдвинутый Альбертом Эйнштейном принцип локальности и до сих пор вызывает дискуссии в научной среде.

И так как квантовая механика – это раздел физики, который изучает поведение микроскопических частиц и их взаимодействие друг с другом, соответственно, проверка нелокальной реальности осуществляется путем проведения экспериментов с квантовыми частицами. Проверка нелокальности в квантовой механике проводится с помощью экспериментов, в которых используются квантовые частицы, такие как фотоны или атомы.

Один из таких экспериментов называется «эксперимент с двумя щелями» и заключается в том, чтобы направить квантовую частицу через две щели и измерить ее положение на экране: «В 1997 году группа из Инсбрукского университета, возглавляемая Антоном Зейлингером, сообщает, что удалось осуществить передачу квантового состояния частицы из одного места в другое, что фактически означает ее телепортацию. Неотъемлемая часть этого процесса – явление квантового перепутывания. Группа из Римского университета под руководством Франческо де Мартини тоже успешно осуществляет эксперимент по квантовой телепортации»1. Этот эксперимент показал, что квантовые частицы могут проходить через обе щели одновременно, что противоречит классическим представлениям о пространстве и времени.

В новом тысячелетии квантовая физика начинает дополняться ранее невозможными расчетами: «В 2003 году Энтони Леггетт публикует неравенство, аналогичное неравенству Белла, но полученное в предположении о нелокальной реальности»2. А эксперименты, направлен-

1Кумар М. Указ соч.

2Там же.

111

Глава 3. Философские проблемы конкретных научных дисциплин

ные на проверку нелокальной теории, продолжаются: «В 2007 году ав- стрийско-польская группа под руководством Маркуса Аспельмейера и Антона Цайлингера сообщает об измерении ранее не проверявшихся корреляций для пар перепутанных фотонов. Эксперимент отметает возможность существования только некоторой группы возможных нелокальных теорий со скрытыми параметрами»1.

Некоторые ученые считают, что это доказывает существование нелокальности, т. е. возможности передачи информации между частицами на больших расстояниях. Другие ученые утверждают, что результаты эксперимента можно объяснить иными явлениями, например квантовой запутанностью. Они полагают, что квантовые частицы не могут передавать информацию, а лишь взаимодействуют друг с другом на расстоянии. На сегодняшний день вопрос о существовании нелокальности остается открытым и продолжает провоцировать дискуссии среди ученых, требуя дальнейших исследований.

Современная квантовая механика представляет собой удивительную область науки, которая позволяет нам заглянуть в самые глубокие тайны Вселенной, но все еще находится в процессе развития и проверки. Здесь мы встречаем такие явления, как суперпозиция, запутанность и принцип неопределенности, в которых таится возможность для нового понимания мира, производящая эффект не только внутри физики или естественнонаучного знания, но и на общемировоззренческом уровне, заставляя философию в том числе пересматривать основания онтологии – ее фундаментального раздела.

Философские вопросы теории относительности и релятивистской космологии

Исходной категорией философской онтологии является бытие. Важно понимать, что сама проблематика онтологии такова, что она играет роль плацдарма, из которого произрастают все философские направления.

Современное развитие такой отрасли физического знания, как космология, значимо влияет на характер обсуждения тех вопросов,

1 Кумар М. Указ. соч.

112

3.2. Философские проблемы физики

которые заданы темой бытия. Космология, наука о происхождении и эволюции той Вселенной, в которой обитает человек, приобрела статус научности сравнительно недавно, со второго десятилетия прошлого века. И хотя вопрос о мироустройстве, миропорядке, о том, что означает само слово «космос», о месте человека в этой системе был поставлен на заре человеческой культуры, космологические построения на всем протяжении своей истории вплоть до прошлого столетия являлись теоретическими спекуляциями и не имели под собой ни экспериментальной, ни строго научной теоретической базы. Экспериментальные возможности астрономии были очень низки и не могли вплоть до XX в. дать сколько-нибудь определенные доводы в пользу той или иной концепции, взятой в целом. В лучшем случае они позволяли обосновать или опровергнуть лишь отдельные детали и элементы моделей. Предлагаемые же модели или их космологическое расширение являлись, скорее, догадками, встроенными в общую канву предлагаемых авторами теорий, выражающих попытку дать целостное, взаимосвязанное описание явлений мира. Нельзя не обратить внимание на мифологический, религиозный характер всех без исклю-

чения космологических моделей, существовавших ранее.

Общая теория относительности А. Эйнштейна. Ситуация в корне изменилась с созданием Эйнштейном в 1916 г. общей теории относительности (ОТО), что привело к возникновению теоретической космологии, о которой можно теперь говорить как о науке в прямом смысле. Развитие экспериментальной базы астрофизики

вначале XX в. стало играть важную роль эмпирической основы для проверки теоретических следствий ОТО. Поэтому весь предшествующий созданию ОТО период можно было бы назвать предысторией научной космологии. В 1980-х гг. произошло полное слияние физики элементарных частиц и космологии: их задачи пересекаются и лежат

водной плоскости исследований. Эволюционирующая Вселенная, являющаяся объектом исследования космологии, представляет собой естественную «лабораторию» для физики элементарных частиц, в то время как новейшие достижения в области физики элементарных частиц позволяют реконструировать этапы развития Вселенной. Иными словами, открытые вопросы космологического сценария эволюции

113

Глава 3. Философские проблемы конкретных научных дисциплин

Вселенной являются одновременно вопросами физики элементарных частиц с содержащейся в ней центральной проблемой – программой построения единой теории поля, так называемой теории суперобъединения.

Программа построения единой теории поля представляет собой попытку создания унифицированной теории физического мира. Предполагается, что начальный этап эволюции нашего мира представлял собой суперсимметричное состояние, в котором все последующее многообразие содержалось только в виде потенций, возможностей. Не было проявлено различий между типами физических взаимодействий, которые наблюдаемы сегодня, – гравитационным, электромагнитным, сильным и слабым; между частицами вещества и квантами полей и т. д. и т. п. Как здесь не вспомнить о Едином Бытии Парменида? Каковы же пути появления всего физического разнообразия мира? У физиков на этот счет имеются весьма солидные теоретические предположения, которые ждут своего экспериментально-

го подтверждения.

Скалярный вакуум. К концу XX в. стало общепризнанным, что структурная организация физического мира представлена тремя категориями: частицы вещества (кварки и лептоны), калибровочные кванты полей (гравитационного, сильного, слабого и электромагнитного) и скалярный вакуум. Вакуум – слово латинского происхождения и в переводе на русский язык означает пустоту. Но в том-то и вопрос, что этот скалярный вакуум не только не пуст, но и первоначально концентрирует в себе всю энергию нашей Вселенной. Этот вакуум имеет важное отличие от обычного вещества и обычного поля, проявляющееся в том, что плотность его энергии может иметь как положительное, так и отрицательное значение. Для обычного вещества и для обычного поля естественным является условие энергодоминантности, согласно которому плотность энергии должна быть строго больше (доминировать), чем давление. Этим обусловлено существование для них только гравитационного притяжения. Для скалярного вакуума принцип энергодоминантности может быть нарушен, что является выражением способности его к гравитационному отталкиванию. К 80-м гг. XX в. в космологии утверждается идея

114

3.2.Философские проблемы физики

оквантовом рождении Вселенной из скалярного вакуумного пузырька размером 10–33 см. За счет гравитационного отталкивания он чрезвычайно быстро, как говорят, инфляционно расширялся (вздувался). Предполагается, что первоначально симметрия вакуума соответствовала симметрии мира, которая, согласно основополагающей идее современной физической исследовательской программы, не нарушается никогда. Однако в ходе гравитационного отталкивания суперсимметричное состояние вакуума становится энергетически невыгодным, и вакуум на фоне ненарушенной суперсимметрии мира нарушает свою симметрию. Следствием этого процесса и становится проявление физического многообразия природы, когда энергия вакуума, выбрасываемая в моменты спонтанного нарушения симметрии, идет на рождение различных частиц с конкретными характеристиками (значениями масс, зарядов, спинов и т. д.), что приводит к проявлению различий между типами физических взаимодействий.

Английский ученый Хиггс разработал теорию, названную механизмом Хиггса, согласно которой частицы приобретают массу за счет перекачки энергии из вакуума. Экспериментальная проверка этой гипотезы является одной из программ, реализуемой с помощью большого адронного коллайдера (Large Hadron Collider – LHC). Важным моментом является та сторона теории, согласно которой хиггсовский вакуум, обмениваясь своей энергией с частицами, сам становится элементом макрообстановки, по отношению к которой и проявляются такие качественные характеристики объектов, как масса, заряд, спин и пр. Таким образом, все современные космологические сценарии включают в себя принцип историзма, согласно которому любые физические объекты имеют определенный «срок» своего возникновения и рассматриваются в качестве акциденциальных моментов в ходе самодвижения единого субстанционального целого.

Правомочен вопрос: а что, если какая-то неведомая сила устранит этот вакуум из нашей Вселенной? Получается, что все разнообразие мира тотчас же исчезнет? Да, физическая теория строится именно с приданием данному физическому объекту статуса гаранта в том числе и нашего существования. Как опять же не вспомнить Парменида

115

Глава 3. Философские проблемы конкретных научных дисциплин

с его утверждением, что мир чувственных вещей – мир неистинный, мир мнений, а истинным бытием обладает только Единое. Таким образом, именно данный вакуум рассматривается как прародитель всех структурных элементов материального мира, как конкретно-всеоб- щая часть нашей Вселенной и может быть интерпретирован в каче-

стве исходной абстракции в ее развитии.

Темная энергия и темная материя. Открытия в астрофизике конца XX в. дают принципиально новые представления о структуре нашего мира, в котором только 4 % всей энергии Вселенной принадлежат известным формам вещества и поля, 23 % составляет «темная материя» и 73 % – «темная энергия». Состав «темной материи» пока не идентифицирован, однако в качестве наиболее вероятных претендентов рассматриваются нейтралино (Weakly Interacting Massive Particle – WIMP), существование которых предсказывается современными моделями единой теории поля. Установление носителей «темной материи» прослеживается в рамках нескольких экспериментальных программ, осуществляемых в настоящий период или же планируемых к постановке в ближайшие годы. «Темная энергия» представляет собой неструктурированную энергию, однородно заполняющую все пространство. Мы привыкли в физике иметь дело с различными видами энергии, но они всегда были структурированы. Сейчас же приходится признать, что во Вселенной абсолютно доминирует (73 %) энергия в неструктурированном состоянии. С «темной энергией» отождествляется вакуум, о котором шла речь выше. Важным результатом является установление ускоренного расширения Вселенной, что свидетельствует о превалировании гравитационного отталкивания вследствие присутствия энергии вакуума. Совершенно ясно, что в теории накопилось достаточно много проблем.

Из вышеизложенного становится понятно, что проблемы и горизонты темы Единого Бытия становятся предметом изучения не только философии, но и физики. Хотелось бы подчеркнуть, что если современная наука только-только вплотную подошла к этой проблематике, то в философии она играла роль фундамента, из которого берет начало вся последующая философская проблематика.

116

3.2. Философские проблемы физики

Материя как категория философии и физики

Одной из важнейших категорий философской онтологии является материя. Физическое понятие материи содержательно отличается от философского, однако важно понимать, что изначально оно появляется еще в Античности и на протяжении многих веков развивается философами, попадая в арсенал физиков лишь в процессе становле-

ния экспериментального естествознания в XVII в.

Категория материи. В советский период все учебные пособия по философии приводили следующее определение материи: «Материя есть философская категория для обозначения объективной реальности, которая дана человеку в ощущениях его, которая копируется, фотографируется, отображается нашими ощущениями, существуя независимо от них»1. Это определение не является корректным, потому что не обязательно объективная реальность должна быть представлена в ощущениях и т. д. Справедливости ради следует сказать, что взято оно из контекста ленинской полемики с учеными, представителями естественных наук, развивавшими субъективно-идеалистическую интерпретацию научных открытий рубежа XIX–XX вв. (философия эмпириокритицизма) и противостоявшими позиции таких известных физиков, как Л. Больцман, М. Планк, А. Эйнштейн и многих других.

Проблема состояла в том, что с открытием в 1897 г. Дж. Томсоном электрона было установлено, что вся масса электрона имеет электромагнитное происхождение. Отсюда и был сделан вывод о том, что материя исчезает, остается только энергия, что рассматривалось в качестве аргумента в пользу идеалистической концепции о том, что все сущее – разновидность человеческих ощущений. Само приводимое ленинское определение Лениным в его работе в качестве определения, выработанного лично им, выделено не было. Напротив, он подчеркивает, что философское понятие для объективной реальности давно выработано, и это понятие и есть материя.

Как подчеркивает Т. Ю. Бородай, «в современной физике не сохранилось ни одного из классических определений материи. Однако

1Ленин В. И. Материализм и эмпириокритицизм // Полное собрание сочинений: в 55 т. М.: Политиздат, 1968. Т. 18. С. 131.

117

Глава 3. Философские проблемы конкретных научных дисциплин

как философия, так и физика предпочитают обходить это ставшее неопределенным и темным понятие, заменяя его другими – простран- ство-время, хаос, система и др.»1. Рассмотрим основные характери-

стики материи с позиции достижений современной физики.

Атрибутом материи является движение. Движение понимается как единство устойчивости и изменчивости, как развитие, содержащее в себе противоречие, как единство непрерывного и прерывного. Этот тезис хорошо обоснован всем развитием естествознания. Сегодня на повестку дня выдвинут вопрос о самодвижении, самоорганизации природного мира. До недавнего времени распространенной являлась точка зрения, согласно которой объекты в физике рассматривались как раз и навсегда заданные, об изменениях которых можно было говорить лишь на уровне функционирования. В теории рассматривалось два типа изменений: изменений, приводящих к появлению таких предметов и явлений, которые в своих чертах, особенностях повторяют предметы и явления, существовавшие раньше, и противоположных изменений, которые приводят к появлению качественно новых предметов и явлений, не существовавших ранее. Изменения первого типа обычно называют повторяющимися изменениями, а также функционированием. Изменения же второго типа часто называют историческими изменениями, а также развитием.

Согласно точке зрения на отношение категорий изменения и развития, не о каждом объекте можно говорить как об историческом, и это в первую очередь относилось к физическим объектам, ибо отсутствовали какие-либо экспериментальные факты или теоретические модели, которые свидетельствовали бы об обратном. Об изменениях физических объектов можно было вести речь только на уровне функционирования. В процессе исследования физики, как правило, не задавались вопросами, как и когда возникло то или иное явление, удовлетворяясь зачастую феноменологическими, причем содержащими тавтологии определениями ряда характеристик физических объектов, таких как масса, спин, заряд и т. д., и ограничиваясь изучением свойств и закономерностей именно такими, какими они существова-

1 Бородой Т. Ю. Материя // Новая философская энциклопедия. Т. 2. С. 514.

118

3.2. Философские проблемы физики

ли в период исследования. Современное развитие физики приводит

кновому взгляду на природу физических объектов, утверждая подход

кним с точки развития, с точки зрения качественных изменений в их

структуре.

Формами существования материи являются пространство

ивремя. В современной физике сформировалось представление о существовании множественности разнообразных миров, различных вселенных с разными типами исходных вакуумов в них, типами

иразмерностями пространства-времени. Пространство нашей Вселенной – трехмерно, время – одномерно. Специальная теория относительности Эйнштейна установила, что пространственные и временные масштабы, взятые по отдельности, оказываются различными для различных наблюдателей в разных системах отсчета, одинаковым для всех является четырехмерный пространственно-временной интервал. Поэтому мы ведем речь о четырехмерной пространственно-вре- менной структуре нашего мира. Однако теория суперсимметрии требует более пристального внимания к геометрии Вселенной, здесь уже выдвигаются гипотезы об одиннадцатимерной структуре простран- ства-времени нашего мира, в которой четыре измерения расширились, а остальные скомпактифицированы до очень малых размеров. Есть и другие версии, например теории, в которых наше простран- ство-время рассматривается как некий островок в многомерном пространстве больших размеров. Масштабы движения в дополнительных измерениях макроскопические, сопоставимые с размерами Вселенной. Однако выход в эти измерения затруднен свойствами четырехмерной гиперповерхности, отождествляемой с нашей Вселенной. Все эти гипотезы являются вспомогательными в поисках разрешения тех проблем, которые выдвигает программа построения теории всего – единой теории поля. Нам же важно, что все эти проблемы вращаются вокруг идеи множества миров, варианты устройства которых также могут теоретически просчитываться, но наша Вселенная в этом мировом круговороте – та, в которой обитает человек! Только наша Вселенная являет себя нам в своей специфике и особенностях. Весь остальной мир – это мир вещей по себе. И Кант считал такой мир непознаваемым...

119

Глава 3. Философские проблемы конкретных научных дисциплин

Итак, Вселенная, в которой обитает человек, называемая в научной литературе Метагалактикой, сама по себе представляет явление грандиозное, ибо включает в себя десятки миллиардов галактик, каждая из которых насыщена десятками миллиардов звезд. И вся эта громада – всего лишь малый островок во вселенском океане, островок, который имеет определенную дату своего возникновения, определенный возраст и пространственные размеры. Итак, можем ли мы утверждать, что мир имеет начало во времени и пространственно ограничен? Можем – по отношению к нашей Метагалактике. Что же касается Вселенной в целом, то здесь ситуация достаточно сложная хотя бы потому, что изучение мира возложено на человека, который сам является продуктом космологической эволюции одной из многих вполне определенно устроенных метагалактик.

В настоящий период развития науки надежно установлена ограниченность представлений механистического материализма о внешней взаимосвязи пространства и времени, в науке укрепилось представление о едином четырехмерном пространственно-времен- ном континууме. Однако открытым остается вопрос о действительной геометрии нашей Вселенной, ее возможной пространственной многомерности в микроили мегамасштабах. Одновременно с этим важным завоеванием современной фундаментальной физики можно считать осознание вопроса о том, что формой организации вакуума нашей Вселенной должна стать определенная, конкретная сигнатура пространства-времени, реально определяющая себя как форма организации исторической эволюции вакуума, выступающего прародителем конкретных акциденций мира, предопределивших появ-

ление человека.

Материя познаваема. Явлен нам только наш человекомерный мир. И Кант прав, что только с позиции человека мы говорим о любых явлениях мира. Но человек таков, каков он есть как продукт космологической эволюции нашей Метагалактики. Как же он может судить о целостной Вселенной, если она для него не явлена, есть вещь по себе. Ситуация усугубляется также и тем, что перечисленные выше эксперименты, призванные внести ясность в справедливость путей построения теории, сами являются критическими, ибо подошли к порогу

120