Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Концепция супервзаимодействия в философии физики. Монография
.pdf
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]
