Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Концепция супервзаимодействия в философии физики. Монография

.pdf
Скачиваний:
0
Добавлен:
06.09.2026
Размер:
2 Мб
Скачать
Глава II. Многообразие типов взаимодействий
движущихся тел», опубликованной в 1905 г. Эйнштейн исходил из двух постулатов: 1) постоянство скорости света в вакууме вне за­висимости от движения систем отсчета; 2) законы физики должны быть инвариантны (одинаковы) в любой инерциальной системе отсчета. Эти требования привели к физическому смыслу преоб­разований Лоренца, к так называемым релятивистским эффектам сокращения длин и замедления хода времени, к относительности одновременности, к инвариантности так называемого интер­вала. В конечном счете, главная заслуга СТО состояла в том, что была выявлена релятивистская связь между физическими по­нятиями пространства и времени, приведшая к становлению понятия пространства-времени, выражающего эту связь. В свою очередь Г. Минковскому удалось придать этой связи смысл удач­ной геометрической модели – четырехмерного геометрического многообразия. Мир Минковского создавал возможность описания любых релятивистских событий в четырехмерном псевдоевклидо­вом пространстве, где четвертая координата была квазивременной. Главный содержательный физический смысл СТО состоял в том, что возникла механика (кинематика) быстрых движений, т.е. таких которые происходят со скоростями сравнимыми со скоро­стью света. Сама же скорость света есть максимально возможная скорость процессов в природе (в природе нет процессов, происхо­дящих со скоростями большими, чем скорость света).
Фактически СТО установила относительный харак­тер пространственно-временных свойств, выявляемых в физическом исследовании. Философско-мировоззренческий смысл этой относительности может быть интерпретирован как зависимость пространственно-временных свойств от характе­ра движения и взаимодействий соответствующих природных процессов. В области макромира определяющими являются электромагнитные взаимодействия, которым соответствуют про­странственно-временные преставления СТО. «Эвклидовость пространства и времени (соответственно псевдоэвклидовость пространства-времени), представлявшаяся до сих пор «до­казательством» того, что пространство и время в отсутствие гравитационного поля не зависят от материальных взаимодей­ствий, по-видимому, является на самом деле проявлением свойств электромагнитных взаимодействий» – пишет Р.А. Аронов [15,
61
Князев В. Н. Концепция супервзаимодействия в философии физики
С. 47]. Еще в большей степени эта зависимость может быть выяв­лена в рамках анализа смыслов, которые содержит в себе общая теория относительности (ОТО).
К электромагнитным взаимодействиям я вновь обращусь при анализе первой из квантовых теорий поля – квантовой электродинамике. Она представляет собой, по существу, пер­вую физическую теорию, стремящуюся соединить в себе квантовые и релятивистские принципы. Центральным в ней выступило понятие квантованного поля. Соответствующий этому понятию абстрактный физико-математический объект описывается уравнением Дирака и предполагает осуществление процедуры вторичного квантованию. Использование при этом идеализированных допущений о точечности частиц и локально­сти взаимодействий приводит, как известно, к расходимостям. Лишь процедура перенормировки устраняет бесконечные значе­ния членов ряда теории возмущений благодаря приравниванию эффективных значений массы и энергии экспериментально най­денным значениям.
Данным теоретическим рассуждениям соответствует взгляд в рамках физической картины мира на динамическую структуру элементарных частиц (в первую очередь электрона и позитро­на), представляющую собой окружающую точечный микрообъект «шубу» виртуальных частиц, рождающихся и поглощающихся физическим вакуумом. При этом микрообъект (электрон) ока­зывается «эффективно размазан» по некоторому объему, что в какой-то степени снимает проблемы, связанные с его точечностью.
В основе представлений квантовой электродинамики о мо­делях физических взаимодействий лежит идея квантованных полей, включающих в себя как сами взаимодействующие объекты (например, электроны и позитроны как кванты электронно-пози­тронного поля), так и переносчики взаимодействий (фотоны как кванты электромагнитного поля). Основное исходное состояние квантованных полей – физический вакуум, который постоянно взаимодействует с собственными возбужденными состояниями посредством рождения виртуальных квантов полей, энергия и время существования которых взаимно сопряжены соотношением неопределенностей Гейзенберга. С позиций теоретико-полевого подхода физический вакуум, по сути, есть единое первоначало.
62
Глава II. Многообразие типов взаимодействий
«Пустое пространство вовсе не является пустым – оно представ­ляет собой вместилище самых бурных физических процессов. Электромагнитное поле флуктуирует. Там непрерывно рождают­ся и аннигилируют виртуальные пары электронов и позитронов, пары мю-мезонов, пары барионов и пары других частиц. Все эти флуктуации существуют наряду с квантовыми флуктуациями гео­метрии и топологии пространства» [149, С. 469].
Следует признать, что за последние десятилетия методология науки создала немало моделей развивающегося знания, пытаясь обеспечить более адекватное понимание его закономерностей. В последние годы критически переосмыслены многие из этих попыток. Так, довольно убедительно показана ограниченность распространенной линейной модели развития научного знания: факт – проблема – идея – гипотеза – теория. В качестве основной методологической структурно-понятийной единицы в динами­ке развития физической науки М.Д. Ахундов и С.В. Илларионов выдвигают «физическую исследовательскую программу» [23, С. 56–65], которая является модификацией исследовательской программы И. Лакатоса. В отличие от интерпретации послед­него твердое ядро физической исследовательской программы составляют не конвенционально принятые предложения, а некая абстрактная базисная физическая теория с комплексом методоло­гических принципов ее построения.
Применяя свою модель к современному этапу развития физи­ки, Ахундов и Илларионов убедительно показывают, что в области физики элементарных частиц и их взаимодействий сложилась го­товая исследовательская программа с неабелевой калибровочной квантовой теорией в качестве базисной. Эта абстрактная теория, первый вариант которой был создан Ч. Янгом и Р. Миллсом еще в 1954 г., обобщила некоторые наиболее фундаментальные принци­пы КЭД, что в последующем развитии позволило ей стать базисной теорией новой физической исследовательской программы.
Один из творцов КЭД – Р. Фейнман – очень убедительно в лек­циях, прочитанных в Калифорнийском университете, раскрыл реальный теоретический и практический статус этой теории: «Я хотел бы еще раз поразить вас огромным диапазоном описывае­мых квантовой электродинамикой явлений. Проще сказать иначе: теория описывает все явления физического мира. За исключением
63
Князев В. Н. Концепция супервзаимодействия в философии физики
гравитации… и радиоактивных явлений, которые состоят в пере­ходах ядер с уровня на уровень. Итак, что у нас остается помимо гравитации и радиоактивности (более точно, ядерной физики)? Бензин, сгорающий в автомобильных двигателях. Пена и пузыри, твердость соли и меди, упругость стали. Да и биологи пытаются при помощи химии понять как можно больше свойств живого, а, как я уже объяснял, теория, стоящая за химией, – это квантовая электродинамика». [226, С. 14].
В современной физике космоса все более ускоряются вну­тренние интегративные процессы, что, в частности, проявляется в сближении основ астрофизики и космогонии, ибо и та, и другая изучают объекты со сходными законами эволюции. Космогония во многом интегрируется с космологией, поскольку Вселенную с момента Большого взрыва, т.е. с начала ее рождения и расшире­ния, можно рассматривать как специфическое метагалактическое образование, проявляющее в определенной степени общие зако­ны образования галактик. В этом выражается один из важнейших принципов космологии, согласно которому, законы природы, открытые на основе изучения ограниченной части Вселенной (на­пример, Солнечной системы) могут быть экстраполированы, по сути, на всю Вселенную. На языке синергетических представлений это возможно как проявление свойств фрактальности Вселенной. На философско-мировоззренческом уровне знаний при таком подходе своеобразно проявляется синтез принципов единства мира и развития.
Кратко напомню историю становления представлений о един­стве микро- , макро- и мега- миров. Релятивистская космология появилась из идей общей теории относительности. Её целью было объяснение эволюции Вселенной. Важной отличительной чертой данного раздела науки является своеобразная специфика познания. Космология – это наука, в которой невозможно поста­вить прямой эксперимент, невозможно управлять начальными условиями и скоростью течения процессов. Ученые изучающие звезды, галактики и Метагалактику могут лишь наблюдать за тем, что происходит. До недавнего времени они были не в состоянии смоделировать в лабораторных условиях рождение звезды или её превращение в «черную дыру»; теперь это становится возможным в рамках компьютерного эксперимента. Но компьютерное моде-
64
Глава II. Многообразие типов взаимодействий
лирование не отменяет необходимости серьезного осмысления того, насколько можно подтвердить или опровергнуть научные гипотезы и модели, пытаясь приблизиться к теории, которая будет более адекватно описывать космологическую реальность.
Прекрасной иллюстрацией в первой половине ХХ века служит открытие нестационарности Вселенной. Известно, что теорети­ческий базис для этого был создан в работах А.А. Фридмана, но его идеи носили настолько революционный характер, что не были приняты научным сообществом того времени сразу, и толь­ко немного позже астроном Э. Хаббл, наблюдая за удаленными звездо-подобными объектами на протяжении десяти лет, открыл существование других галактик, которым было характерно крас­ное смещение спектральных линий, что стало интерпретироваться как факт расширения Вселенной. Теоретическая идея нестацио­нарности Вселенной смогла объяснить результаты наблюдений Э. Хаббла.
Эти историко-научные примеры отражают специфику позна­ния в космологии. Познание Вселенной в первую очередь идет посредством наблюдение за ней и последующими попытками от­разить наблюдаемую реальность в научных теориях.
2.4. Проблема гравитации: от Ньютона до современности
В основе ньютоновской механики лежат аксиомы, выпол­няющие роль первых принципов (то, что обычно называют тремя законами механики!). Эти аксиомы, а также постулатив­но сформулированные определения абсолютного пространства и абсолютного времени и принцип всемирного тяготения следу­ет считать фундаментальными основоположениями (исходными принципами) классической механики Ньютона.
Сложность теоретических конструкций Ньютона выражает то, что в методологии науки ХХ века получило название гипоте­тико-дедуктивный метод. С моей точки зрения в этом подходе превалирует метод принципов, но он не может не дополняться методом гипотез. Ведь реальная наука представляет собой еди­нение эмпирического и теоретического. Критически анализируя
65
Князев В. Н. Концепция супервзаимодействия в философии физики
гипотезу Декарта о движении планет благодаря эфирным вихрям, Ньютон убежденно утверждал о значимости тяготения. Ньютон писал: «Причину же этих свойств силы тяготения я до сих пор не мог вывести из явлений, гипотез же я не измышляю. Все же, что не выводится из явлений, должно называться гипотезой» [166, С. 662]. Здесь следует подчеркнуть, что его признание о незнании причин тяготения и одновременно уверенность в его (тяготения) значимости основывается на явной постулативности тяготения. Следует учитывать и то обстоятельство, что сам Ньютон много чего гипотетически придумывал и особенно в оптике. При этом он понимал, что им созданное не есть окончательная истина, что по­знание мира, по сути, бесконечно. На основе опыта формируются наиболее общие принципы (начала, аксиомы), а из них дедуктив­ным путем выводятся законы и положения, которые должны быть проверены на опыте. Вот это его метафорическое рассуждение: «Не знаю, чем я могу казаться миру, но сам по себе я кажусь только мальчиком, играющим на морском берегу, развлекающимся тем, что до поры до времени отыскиваю камешек более цветистый, чем обыкновенно, или красивую раковину, в то время как великий океан истины расстилается передо мной неисследованным» [Цит. по: 40, С. 73].
Предложенная Ньютоном сила тяготения «анимировала» ма­терию в качестве божественного активного начала. Сегодня, а тем более в недавнем прошлом, нам трудно понять подобный син­кретизм мировоззренческих взглядов Ньютона, ибо мы живем в совершенно другое культурно-историческое время. Теология и алхимия, которые оказали непосредственное существенное влияние на взгляды Ньютона, способствовали формированию своеобразной взаимосвязи мифа и становления науки ХVII века. В советские времена существовало убеждение в том, что, по­скольку наука по своим задачам и подходам к познанию мира в корне противоположна так называемым вненаучным формам знания (теологическим и алхимическим), то необходимо рекон­струировать воззрения ученых без влияния вненаучных форм познания. Однако сегодня нужно скорее говорить об их взаимной дополнительности: да, сами по себе последствия средневеково­го герметизма не приводят к рождению новой науки, но все же процесс становления науки ХVII века и более древняя традиция
66
Глава II. Многообразие типов взаимодействий
продолжают свое существование вместе, дополняя друг друга и обогащая универсум европейской культуры [89, С. 231–234].
Ньютоновские воззрения на тяготение оставались незыбле­мыми вплоть до начала ХХ века. Лишь ум Эйнштейна привел к релятивистскому пониманию гравитации. Ведь уже СТО уста­новила относительный характер пространственно-временных свойств, выявляемых в физическом исследовании. Философско­мировоззренческий смысл этой относительности может быть интерпретирован как зависимость пространственно-временных свойств от характера движения и взаимодействий соответствую­щих природных процессов. Еще в большей степени эта зависимость может быть выявлена в рамках анализа смыслов, которые содер­жит в себе ОТО.
Одной из теоретических предпосылок создания эйнштей­новской ОТО явились математические исследования различных вариантов неевклидовой геометрии (Н.И. Лобачевский, Я. Бойяи, К. Гаусс, Б. Риман) в первой половине ХIХ в. Исходно неевкли­дова геометрия вырастала на основе отказа от пятого постулата Евклида, утверждавшего, что в плоскости через точку вне заданной прямой можно провести лишь одну прямую параллельную первой. Интересно отметить, что хотя в математической истинности своего варианта геометрии Н.И. Лобачевский не сомневался и даже стре­мился с помощью экспериментов доказать его справедливость, он все же назвал его «воображаемой геометрией» в противовес «употребительной» («наглядной») геометрии Евклида. Весьма значимыми были результаты творчества Б. Римана. Эйнштейн в статье «Неевклидова геометрия и физика» писал: «Заслуга Римана в развитии идей о соотношении между геометрией и физикой двояка. Во-первых, он открыл сферическую (эллиптическую) гео­метрию, которая является антитезой гиперболической геометрии Лобачевского. Таким образом, он впервые указал на возможность геометрического пространства конечной протяженности. Эта идея была сразу воспринята и привела к постановке вопроса о конечно­сти физического пространства. Во-вторых, Риман имел смелость создать геометрии несравненно более общие, чем геометрия Евклида или неевклидовы геометрии в более узком смысле. Он со­здал, таким образом, «риманову» геометрию, которая… только в бесконечно малом совпадает с евклидовой». [259, С. 181].
67
Князев В. Н. Концепция супервзаимодействия в философии физики
Становление и развитие ОТО служит довольно убедитель­ной иллюстрацией тезиса о развитии знания от абстрактного к конкретному в теории. В самом деле, первоначально возникшая у Эйнштейна идея об общей относительности как теории, обоб­щающей принцип относительности для произвольно выбранной системы отсчета, в конечном счете, привела к релятивистской те­ории тяготения. Одной из центральных идей ОТО следует считать положение, которое в статье «Что такое теория относительности?» Эйнштейн выразил следующими словами: «В общей теории от­носительности представления о пространстве и времени, или кинематика, перестают быть фундаментальными, независимыми ни от чего понятиями физики. Геометрические характеристики тел, их поведение и ход часов зависят прежде всего от гравитаци­онных полей, которые в свою очередь создаются материальными телами» [258, С. 680].
Другой постулат ОТО – принцип эквивалентности, явно отож­дествляющий инерцию и тяготение, неявно ведет к представлению о том, что симметричный фундаментальный тензор gik определяет как метрические свойства пространства, так и действие гравита­ции. В действительности же, принцип эквивалентности не несет в себе полного решения проблемы геометризации гравитации, что связано с его локальным характером и, следовательно, неприме­нимостью к гравитационному полю в целом.
Обычно при интерпретации математического формализма ОТО полная геометризация гравитации осуществляется на ос­нове гипотезы о том, что метрический тензор характеризует и потенциалы поля, и кривизну пространства; более того, по суще­ству, происходит полное отождествление последних. Результатом такого отождествления оказывается, что ОТО, по мнению не­которых физиков, отошла в сторону от магистральной линии, намеченной ее постулатами, ибо свелась к теории искривленного пространства-времени.
Следует признать, что исходные мировоззренческие положе­ния при создании любой фундаментальной конкретно-научной теории имеют значимый смысл для самих этих теорий, не говоря уже об их философском значении. Представление о физической реальности поля тяготения, по сути, означает, что гравитация есть вид «физической материи». В таком случае гравитационное
68
Глава II. Многообразие типов взаимодействий
поле характеризуется потенциалами и напряженностями поля, так что эти величины, как и другие предполагаемые физические свойства поля (энергетические, существование волн и кванта), не являются в настоящее время непосредственно измеряемыми, на­блюдаемыми величинами. Следует признать, что неоднородность напряженности гравитационного поля интерпретируется подчас как кривизна пространства. Однако надо иметь в виду, что «поня­тие кривизны пространства в значительной мере условно. Оно не означает, что наше трехмерное пространство или четырехмерное пространство-время искривлено в буквальном смысле слова по отношению к объемлющему пространству. Этот термин указывает лишь то, что данное пространство имеет геометрическую струк­туру, отличную от эвклидовой. Кривизна есть математическое выражение этого отличия» [252, С. 104–105].
Полная замена гравитации метрикой пространства-времени неправомерна, что следует из принципиального содержания ОТО. Вообще, нельзя требовать от конкретно-научной теории (в данном случае от ОТО) больше того, что она вправе дать: ОТО вскрыва­ет лишь одну определенную сторону гравитационного поля – его геометрический аспект. Феномен же гравитации не сводится к единственному аспекту – метрике пространства-времени, а лишь проявляется в нем.
Когда решается вопрос о геометрии физического простран­ства, то необходимо учитывать, о какой области действительности в данном случае идет речь, т.е. взаимодействия какого типа до­минируют в этой области объективного мира. Гравитационные взаимодействия, обусловливающие пространственно-временные формы мегамира, в теории связаны с определенной геометрией. ОТО с ее представлением о неевклидовой геометрии простран­ства является более адекватной теорией, отражающей свойства пространства мегамира, чем релятивистская теория гравитации в плоском пространстве. Но из этого не следует, что релятивистская теория гравитации в плоском пространстве полностью пуста и бес­содержательна. Наоборот, эта теория некоторым специфическим образом выражает связь, существующую между гравитационным и электромагнитным полями. А именно, электромагнитное поле объективно обусловливает свойства макропространства, отража-
69
Князев В. Н. Концепция супервзаимодействия в философии физики
емые понятием пространства Минковского и являющиеся как бы фоном, на котором происходят гравитационные взаимодействия.
Надо сказать, что все философские понятия невозможно стро­го однозначно определить, но они необходимы культуре как ее универсалии, как ее исходные понятия. Наука и философия всегда стремятся к поиску смысла. Именно в этом контексте проана­лизирую возможность поиска смысла в такой новации в физике ХХ века как релятивистская теория гравитации (РТГ). Идеи РТГ были выдвинуты в семидесятые годы ХХ века А.А. Логуновым и его единомышленниками как одна из альтернатив общей теории относительности (ОТО). РТГ построена на следующих принципах [137, C. 314]:
1) тезисе о том, что псевдоевклидова геометрия является еди­ной естественной геометрией для всех физических процессов, включая и гравитационные;
2) принципе геометризации (принципе тождественности), утверждающем, что уравнения движения вещества под действием гравитационного поля в псевдоевклидовом пространстве-времени могут быть тождественно представлены как уравнения движения в некотором эффективном римановом пространстве-времени;
3) обобщенном принципе относительности, который обе­спечивает в РТГ строгое выполнение законов сохранения энергии-импульса и момента количества движения для вещества и гравитационного поля вместе взятых.
В РТГ принимается, что исходным и физически истинным является пространство Минковского, а потому Вселенная беско­нечная и «плоская»; это приводит к выводу о том, что плотность физической материи во Вселенной должна быть строго равной ее критическому значению. Риманова геометрия объявляется производным, вторичным понятием, а первичными берутся пло­ский «фон» Минковского и физическое гравитационное поле типа Фарадея-Максвелла. Здесь нет возможности напоминать основные положения ОТО. Очень важным является трактовка соотношения гравитации и пространственно-временного континуума. Какова природа этого континуума? Является ли он пространством-вре­менем Минковского или 4-мерным пространством Римана? Наконец, самое главное: какое из этих пространств адекватно представляет в теории реальные гравитацию, пространство и
70
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]