Философия науки и техники. Учебное пособие-2

природы, в которой цепи детерминаций действуют от нижних уровней к высшим, а обратное воздействие отсутствует.

Редукционистские представления приводят к выводам о том, что и философия не обладает своим особым, отличным от естественнонаучного способом исследования природы. Поэтому она не может учить естествоиспытателей относительно того, как «на самом деле» устроена природа. Однако философия может проследить возникновение и развитие тех или иных представлений о природе, исследовать причины их появления и популярности, оценивая, таким образом, степень их обоснованности, а также формулировать проблемы, не решенные на предшествующих уровнях развития науки.

Еще Георг Гегель, разработавший учение о диалектике, рассуждая о функциях философии, правомерно пришел к выводу о том, что философия – «это сова Минервы, летающая в сумерках» (т. е. мудрость, приходящая ночью). Ночь одновременно подытоживает день минувший и создает основу для дня грядущего. Философия подытоживает, обобщает достижения наук и, анализируя их, ставит перед наукой проблемы на будущее.

3.1. ФИЛОСОФСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ФИЗИКИ

Философское и физическое понимание материи

Как известно, физика изучает наиболее общие свойства материального мира. Соответственно, ее законы лежат в основе естествознания. Исторически именно физика является основой развития научных картин мира. Специфика методов физического познания связана с представлениями человека о сущности, структурности, системности и функциональных особенностях объективной реальности. Философские проблемы физики включают онтологические, логико-гносеологичес- кие, мировоззренческие и методологические основания.

Онтологические проблемы физики заключаются в изучении и выявлении общих свойств и законов природы, что предполагает оперирование не только специальными терминами, но и принципами, понятиями и категориями, специфика которых определяется особенностями общественного мировоззрения эпохи, т. е. более общими основаниями. Так, в эпоху Античности и философские, и собственно физические представления о материальной стороне действительности являлись как результатом предшествующих этапов развития знаний о природе вещей, так и предпосылкой для дальнейшего развития физики. Напри-

41

мер, атомистическая концепция Демокрита, по сути, используемая и в сегодняшней физике, появилась на свет как критика предшествующих концепций о природных стихиях (воздух, вода, огонь и земли), лежащих в основании реальности. Эта остроумная, но умозрительная гипотеза о субстанции мельчайших, неделимых и невидимых частиц, определяющих разнообразие природы посредством соединения атомов, была следствием ума, наблюдений и критического анализа уже существующих физических картин мира при отсутствии технических средств для познания этого уровня реальности. В дальнейшем критика, проверка и развитие воззрений Демокрита привели к современным представлениям, в которых атом уже наблюдаем, дели´ м и изменяем.

В философии категория материи изначально являлась субстанциональной, т. е. одной из важнейших, поскольку все мировоззренческое содержание понятия «материя» связано с раскрытием всеобщих свойств, законов и форм развития реальности, воспринимаемой органами чувств. В физике понятие материи не менее важно и сегодня, поскольку в рамках данной науки изучаются основные свойства вещества и поля, типы фундаментальных взаимодействий, законы развития и движения различных систем. Физические свойства и законы функционирования физических систем широко используется для объяснения происходящих процессов не только в неживой, но и в живой природе и даже в социальных системах. Это сближает философское понимание материи и физическое учение о строении и свойствах материи в целом.

И современная философия, и современная физика исходят из признания неразрывного единства материи, движения, пространства и времени. Современная постнеклассическая физическая картина мира, в которой все пространственно-временные свойства систем зависят от скорости их движения и структурных отношений в более общих системах, от их масс и гравитационных потенциалов, совпадает с картиной мира современной материалистической философии, построенной на диалектических и синергетических принципах.

Современная физика уже спокойно может обходиться без наивных и остроумных объяснений Демокрита, согласно которым атомы соединяются между собой посредством крючков и петелек. Развитие науки и техники позволяет экспериментально доказать, что между различными структурными уровнями материи существуют тесные связи и обусловленности, проявляющиеся во взаимной превращаемости различных

42

видов материи и движения, в наличии общих свойств и законов на уровне полей и более тонких взаимодействий. Это единство в физике выражается в разработке единой теории взаимодействия и взаимовлияния различных элементарных частиц и полей.

Сегодня известны несколько сотен элементарных частиц. Некоторые из них существуют настолько короткое время, что мгновенно превращаются в другие. Некоторые элементарные частицы оказались неожиданно тяжелыми, даже тяжелее атомов. У большинства элементарных частиц имеются античастицы, отличающиеся противоположными знаками электрического заряда и магнитного момента: для электронов – позитроны, для протонов – антипротоны, для нейтронов – антинейтроны, и т. д.

Многообразие выявленного в современной науке микромира позволяет предполагать его единство через взаимную превращаемость частиц и полей. При этом обнаружено, что частицам присуща масса покоя, в то время как электромагнитные и гравитационные поля и их кванты не имеют массы покоя, хотя обладают энергией, импульсом и другими свойствами, имеющимися у частиц с массой покоя. Поле и вещество при этом не противопоставляются друг другу, а понимаются как разные формы материи.

В рамках современной физики очевидно, что во всех системах пространство занято полями и выражает протяженность этих полей и частиц. Установлено, что на долю собственно частиц вещества приходится ничтожная часть объема системы. Современные физики утверждают, что частицы вещества, из которых оно строится, нельзя представлять в виде каких-то микроскопических шариков с четкими границами.

Частицы неотделимы от различных полей, и не существует абсолютной границы, которая разграничивает собственно частицы и их поле. Более того, в экспериментах установлено, что в пограничной области существует непрерывный взаимный переход полей и частиц. Так, протоны и нейтроны постоянно окружены облаком виртуальных пимезонов, входящих в их структуру; электроны, позитроны и другие заряженные частицы неразрывно связаны с электромагнитным полем.

Единство прерывности и непрерывности материи, ставшее истиной, выражено через единство корпускулярных и волновых свойств всех частиц, т. е. установлено, что все частицы обладают и корпускулярными, и волновыми свойствами. В различных условиях то, из чего состоит познаваемый мир, проявляет себя либо как частица, либо как

43

волна. Идея корпускулярно-волнового дуализма была выдвинута Луи де Бройлем в 1924 году и позволила построить теорию, охватывающую свойства материи и света в их единстве. Кванты света при этом были признаны особым моментом всеобщего строения микромира.

Универсальная взаимная превращаемость частиц при больших энергиях взаимодействия свидетельствует об определенной общности всех материальных структур, а также о возможности выявления единых законов фундаментальных взаимодействий. Исследования в этом направлении привели к созданию и развитию кварковой модели структуры адронов, к которым относят протоны, гипероны, нейтроны, резонансы и мезоны. Кварки – это частицы, обладающие сложными свойствами – зарядом, «очарованием», цветом.

На сегодняшний момент кварки признаны наиболее элементарными частицами, которые могут соединяться друг с другом либо парами, либо тройками, либо как союз «кварк–антикварк». Так, например, барионы, сравнительно тяжелые частицы, состоят из трех кварков. Более легкие пары «кварк–антикварк» образуют частицы, получившие название «мезоны». Кварки скрепляются между собой вследствие сильного взаимодействия, переносчиками которого служат глюоны, которые «склеивают» кварки в адроны. Кварки до сих пор не удалось выделить в свободном состоянии, а потому существует предположение, согласно которому с увеличением расстояний между кварками сила их взаимодействия не убывает, а, напротив, неограниченно возрастает, что исключает их существование вне элементарных частиц. Следовательно, выделить кварки в свободном состоянии невозможно в принципе.

На современном этапе развития физики сформулирована аксиома,

согласно которой движение, взаимосвязь и взаимодействие – важней-

шие атрибуты материи, без которых невозможно ее существование. Все свойства тел производны и являются результатом тех структурных связей, которые возникают между телами, а также отношений, которые создаются вследствие взаимодействия с внешней средой. Для всякого объекта существовать – значит взаимодействовать, т. е. как-то проявлять себя по отношению к другим системам и структурам материального мира. Познание материального мира, таким образом, осуществляется через выявление различных форм взаимодействия и движения.

К настоящему времени известны следующие четыре вида фундаментальных взаимодействий.

1.Гравитационное взаимодействие имеет универсальный характер

ипроявляется как притяжение между всеми известными видами мате-

44

рии. Это самое слабое из всех взаимодействий. В классической физике этот вид взаимодействия описывается известным законом тяготения Ньютона. В общей теории относительности гравитационное поле, создаваемое массами, связывается с кривизной пространственно-вре- менного континуума. Гравитация вызывает искривление пространства и замедление хода времени, что сказывается на всех происходящих в системах процессах.

2. Электромагнитное взаимодействие имеет также универсальный характер и существует между любыми телами. В отличие от гравитационного взаимодействия, которое всегда выступает в виде притяжения, электромагнитное взаимодействие может проявляться и как притяжение, и как отталкивание. Благодаря электромагнитным связям возникают атомы, молекулы и макроскопические тела. Электромагнитное взаимодействие в 100–1000 раз слабее сильного взаимодействия. Его переносчиками считаются фотоны (их масса покоя равна нулю).

3. Слабое взаимодействие – это всевозможные микропроцессы с излучением нейтрино и антинейтрино. Оно менее универсально, чем гравитационное и электромагнитное, и распространяется на очень незначительных расстояниях. Слабые взаимодействия ответственны за многие микропроцессы, характеризуют все виды бета-превращений и являются необходимой стороной термоядерных реакций в звездах.

4. Сильное взаимодействие обеспечивает связь протонов и нейтронов в ядрах атомов и кварков в нуклонах. Переносчиками сильного взаимодействия служат глюоны.

Фундаментальные взаимодействия лежат в основе всех других известных форм движения материи, в том числе возникающих, например, в космических системах и макротелах при сверхвысоких давлениях и температурах. Любые сложные формы движения при их разложении на структурные составляющие выявляются как сложные модификации данных фундаментальных взаимодействий.

Со второй половины XX века внимание физиков сосредоточено на создании теории Великого объединения, раскрывающей с позиций квантово-релятивистских представлений о сущности и основаниях единство четырех фундаментальных взаимодействий – гравитационного, сильного, слабого и электромагнитного. Эта задача одновременно является и задачей создания единой теории элементарных частиц.

Таким образом, понимание материи в постнеклассической физике актуализирует вопрос о субстанциальной и субстратной (о возникновении и развитии, а также о строении) сущности вещей и процессов на всех уровнях мироздания, включая человека и общество.

45

Философские проблемы теории пространства и времени

Философия рассматривает пространство и время как важнейшие формы бытия, которые не существуют вне материи и независимо от нее. Пространство выражает сосуществование, протяженность (или «одно подле другого»), а также структурность любых взаимодействующих объектов. Время характеризует последовательность смены состояний и длительность бытия любых объектов и процессов (или «одно после другого»), внутреннюю связь изменяющихся и сохраняющихся состояний.

Естественно-научные представления о пространстве и времени прошли длинный путь своего становления. Современное представление о пространстве и времени впервые было сформулировано Альбертом Эйнштейном в теории относительности. Его теория подводила к выводам, согласно которым пространственно-временные свойства тел зависят от скорости их движения. Пространственные размеры в специальной теории Эйнштейна сокращаются в направлении движения при приближении скорости тела к скорости света в вакууме (300 000 км/с), а время как бы замедляет свой ход в быстродвижущихся системах. Кроме того, абсолютной одновременности событий, происходящих в разных системах, т. е. в разных условиях движения, не может быть, ибо не существует единого и постоянного равномерного (абсолютного) потока времени, а потому одновременность пространства и времени всегда носит относительный характер.

Специальная теория относительности работает прежде всего с инерциальными системами координат, а принцип относительности рассматривается применительно к прямолинейному и равномерному движению. В условиях непрямолинейного или ускоренного движения принцип относительности в его прежней формулировке в теории относительности Эйнштейна признан несправедливым, ибо в движущейся ускоренной системе координат механические, оптические и электромагнитные явления протекают не так, как в инерциальных системах отсчета. Правильное описание этих физических явлений с учетом влияния на них ускорения оказалось возможным лишь на основе использования криволинейных координат и в четырехмерном пространстве. В специальной теории относительности четырехмерный простран- ственно-временной континуум является евклидовым (плоским).

Если четырехмерное пространство не евклидово, а римановское или лобачевское, т. е. обладает переменной кривизной, то определение тела в пространстве возможно лишь с помощью криволинейной систе-

46

мы координат. Таким образом, под действием сил тяготения тела изменяют свои размеры и время течет в зависимости от этих сил, т. е. поле тяготения меняет свойства пространства и времени. В соответствии с общей теорией относительности геометрия Евклида ограничена в обращении и может быть применима лишь к пустым пространствам, т. е. таким, где нет тяжелых тел. Вблизи тяжелых тел пространство оказывается изогнутым.

В общей теории относительности раскрыты новые стороны зависимости пространственно-временных отношений от материальных процессов. Эта теория подвела физические основания под неевклидовы геометрии и связала кривизну пространства и отступление его метрики от евклидовой с действием гравитационных полей, создаваемых массами тел. В общей теории относительности на основе принципа эквивалентности инерциальной и гравитационной масс (количественное равенство которых установлено в классической физике) обобщен принцип относительности.

Если классический принцип относительности утверждает инвариантность (неизменность) законов механики во всех инерциальных системах отчета, а в специальной теории относительности данный принцип был распространен также на законы электродинамики, то общая теория относительности утверждает инвариантность законов природы в любых системах отсчета, как инерциальных, так и неинерциальных – движущихся с замедлением или ускорением.

Принцип относительности гласит, что все процессы в инерциальных системах отсчета протекают одинаково. В неинерциальной системе релятивистские эффекты можно заметить и измерить. Так, если воображаемый космический корабль отправится к далеким звездам, то после возвращения его на Землю в системе корабля пройдет существенно меньше времени, чем на Земле. Это различие будет тем больше, чем дольше совершается полет и чем ближе скорость корабля к скорости света (скорость света – это верхний предел скорости перемещения любых тел в природе, скорости распространения любых сигналов, любых волн). Различие во времени может измеряться даже сотнями и тысячами лет, в результате чего экипаж сразу перенесется либо в близкое, либо в отдаленное будущее, минуя промежуточное время, поскольку ракета вместе с экипажем выпала из хода развития на Земле.

Таким образом, согласно общей теории относительности отклонение реальных свойств пространства от евклидовых (кривизна пространства), а также изменение ритма течения времени обусловливаются

47

материальными массами, полями тяготения. При наличии сильных полей тяготения искривление пространства увеличивается, а ход времени замедляется.

Теория относительности показала единство времени и пространства, выражающееся в совместном изменении их характеристик в зависимости от концентрации масс и их движения. Пространство и время перестали рассматриваться независимо друг от друга, сформировалось представление о пространственно-временном четырехмерном континууме. Специальная и общая теории относительности первыми ознаменовали переход от классической физики к неклассической, от веками устоявшихся представлений о веществе, движении, пространстве и времени к принципиально новым теоретико-методологическим положениям и новой структуре всей физики.

Итак, понятия пространства и времени дают описание структуры бытия как взаимодействия объектов и процессов, их сменяемости, наличия этапов и состояний. Современные физики выдвигают идеи о едином цельном, синкретичном пространстве-времени с особой системностью и особым способом измерения.

3.2. ФИЛОСОФСКИЕ ПРОБЛЕМЫ МАТЕМАТИКИ

Математика – наука о количественных отношениях и пространственных формах действительного мира. Важнейшим понятием математики является число, но словарного значения оно так и не приобрело, поскольку с течением времени его объем и содержание заметно изменились.

Впервые понятие о целых положительных (натуральных) числах возникло еще во времена поздней первобытности из-за с необходимости счета в процессе торговли и измерения территорий. Позднее Евклид и Архимед ввели понятие бесконечности натурального ряда чисел. Индийцы изобрели цифры для записи натурального числа при помощи десяти знаков. Задачи измерения длин и площадей привели к понятию рационального или дробного числа. Понятие отрицательного числа возникло у индийцев в VI–XI веках.

Потребность в точном выражении некоторых величин (например, отношение длины окружности к ее диаметру) привела к появлению иррациональных чисел. В Древней Греции отношения несоизмеримости долгое время не имели статуса чисел, хотя эти отношения были зафиксированы античными учеными. Иррациональные числа были

48

представлены бесконечными непериодическими десятичными дробями и выражены через рациональные числа приближенно. В XVI веке было введено понятие комплексных чисел. Вместе с ними возникло и понятие мнимого числа.

В истории развития математики постепенно формировались ее основные методы: анализ и синтез, индукция и дедукция, обобщение и абстрагирование, аналогия и различные типы аксиоматик (содержательная, полуформальная и формальная). Математика всегда характеризовалась и характеризуется высокой степенью абстрактности ее понятий и высокой степенью их общности. Абстрактность и общность понятий математики позволяют один и тот же математический аппарат применять в различных науках, когда требуются количественный анализ, синтез или аналогия.

Философия математики, таким образом, представляет собой, с одной стороны, раздел философии, а с другой – общую методологию математики и ее онтологию. Она рассматривает проблемы определения сущности математики, ее предмета и методов, места математики в науке и культуре и выполняет функцию прогностической ориентации математики.

Вопрос о статусе математических объектов тесно связан с более общим вопросом о смысле существования как науки математики. Поэтому главной философской проблемой здесь является вопрос «Какие именно количественные отношения являются объектом и предметом математики?».

В рамках пифагореизма, первой философской теории математики, математическое знание рассматривалось как необходимая основа всякого другого знания и наиболее истинная ее часть. Как философское течение, пифагореизм выходит за рамки собственно философии математики и предлагает истолкование сути математического знания. Именно пифагорейцы заметили, что арифметические действия обладают особой очевидностью и безусловной необходимостью, принудительной для разума, которой не обладают никакие другие утверждения о реальных событиях и фактах. Они истолковали это обстоятельство как проявление особого отношения чисел к истине. У пифагорейцев философия превратилась в мистику чисел и геометрических фигур, а убеждение в истинности того или иного утверждения о мире достигалось сведением его к числовой гармонии.

Ранние пифагорейцы скорее всего не задумывались над природой самой математической закономерности, над истоками ее безусловной

49

истинности. Однако Платон считал, что математические истины врожденны и представляют собой впечатления об истине, которые душа получила, в Гиперурании – в мире идей. Поэтому познание, в том числе математическое, есть простое припоминание, оно требует не опыта, не наблюдения природы, а лишь видения разумом.

Другая линия философии математики развивалась от атомизма Левкиппа и Демокрита. Демокрит, например, отрицал возможность геометрических построений в пустоте. Геометрические фигуры были для него не умопостигаемыми сущностями, а материальными телами, состоящими из атомов. И если для пифагорейцев математические объекты (числа) составляли основу мира в онтологическом смысле и гносеологическую основу его понимания, то для атомистов числа были вторичны по отношению к атомам как первосущностям. Числа для древнегреческих материалистов были лишь производными от атомов.

Линию Левкиппа и Демокрита продолжил Аристотель. Он отверг платоновский мир идей, а вместе с ним и нефизическое существование математических объектов. Объекты математики для Аристотеля – результаты мысленного отвлечения от реальных вещей.

Подобный взгляд сохранился и в науке XVII– XVIII веков. Ньютон, например, истолковывал геометрию как «чистую математику», т. е. как абстрактную схему возможного механического движения. Однако такая трактовка вступала в противоречие с фактами, поэтому уже Готфрид Лейбниц задавался вопросом, должна ли математическая абстракция отражать непосредственную реальность.

Математики стали постепенно осознавать, что математические образы имеют некоторую автономию от физической реальности. Дальнейшее развитие философских взглядов на математику воплотилось в идее априоризма Иммануилла Канта и представлениях об истине в теории множеств Георга Кантора.

В начале XIX века Огюстен Коши ввел в математику теоремы существования, которые ознаменовали новый этап в понимании статуса математического объекта. В понимании математического существования на первый план стали выдвигать логический момент, требование обосновать допустимость того или иного предположения без ссылки на внешние эмпирические обстоятельства, но исключительно на основе собственных математических определений. К концу XIX века стало очевидно, что математика представляет собой особую науку, не связанную непосредственно с эмпирической реальностью. Появляется несколько направлений обоснования математики: формалистское

50