ФІЛОСОФСЬКІ ПІДСТАВИ ФІЗИКИ

В результаті вивчення даного розділу студент повинен:

знати

  • • предмет і аспекти філософії фізики;
  • • особливості історичних типів наукової раціональності;
  • • зміст онтологічних, логіко-гносеологічних, методологічних і соціокультурних підстав фізичної науки;
  • • сутність фізичної картини світу (ФКМ) і її історичні види; фізичні основи квантової фізики, СТО, ОТО, теоретичних моделей Всесвіту, Великого об'єднання, супероб'едіненія;

вміти

  • • обговорювати філософські підстави квантової фізики, ОТО і релятивістської космології, роль антропного принципу в методології теорії відносності, концепцію єдності фізичного знання;
  • • наводити приклади систем, що самоорганізуються процесів в природі, зв'язків синергетики і фізики;
  • • виділяти історичні етапи розвитку уявлень про фізичні взаємодії в історії науки;

володіти

• навичками оперування основними поняттями філософії фізики.

Ключові терміни: філософія фізики, аспекти філософії фізики, класична фізика; некласична фізика; некласична фізика, фізична картина світу (ФКМ), глобальний еволюціонізм, корпускулярно-хвильовий дуалізм, Копенгагенська інтерпретація, теорема Белла, «Великий вибух», фундаментальні взаємодії, Велике об'єднання, самоорганізація, єдність фізичного знання.

Методологічні знання в курсі фізики є узагальнені знання про структуру і методи фізичної науки, основні закономірності її застосування і розвитку. Зараз методологічні знання стають найважливішим елементом змісту шкільної освіти. Так, до головних його цілей відносяться оволодіння науковими методами пізнання і формування уявлень про сучасну фізичну картину світу. При цьому передбачається, що методологічні знання можуть вирішити ряд актуальних проблем сучасного фізичної освіти, таких як системність, зближення наукового і навчального знання, підвищення рівня пізнавальної мотивації та ін. В попередніх розділах було розглянуто методологічні питання фізики і її історія. При цьому досить докладно були представлені методологічні концепції видатних вчених-фізиків, вплив їх філософських поглядів на становлення фізики і її окремих напрямків. На наш погляд, необхідно розглянути також загальні питання філософії фізики і особливості її розвитку в даний час.

Взаємовідносини фізики і філософії реалізуються в рамках єдиної людської культури. Загальним для них є їх безпосередній зв'язок зі світоглядом. Нагадаємо, що в Стародавній Греції поняття «фюзіс» означало «природу» і інтерпретувалася як «знання про природу». В античній традиції «філософія» - це «метафізика», тобто «Наступна за фізикою»; вона розуміється, як «знання того, що є знання про природу». Сучасна фізика являє собою цілісну систему теоретичних моделей природи, що містять онтологічні, епістемологічні та методологічні уявлення, об'єднані філософією пізнання. Взаємопроникнення фізики і філософії породжує суміжну область знання, названу філософією фізики.

У філософії фізики досліджуються світоглядні і методологічні питання, що виникають в ході розвитку фізичного пізнання. Показовим в цьому відношенні є слова А. Ейнштейна: «У наш час фізик змушений займатися філософськими проблемами в набагато більшому ступені, ніж це доводилося робити фізикам попередніх поколінь. До цього фізиків змушують труднощі їх власної науки ». Класики фізичної науки XX ст. - М. Планк, Н. Бор, В. Гейзенберг, Е. Шредінгер, Л. де Бройль, М. Борн, В. Паулі та ін. - вважали природним для себе обговорення принципових філософських питань.

Предмет філософії фізики включає в себе наступні аспекти:

  • • онтологічний аспект: виявлення і вивчення загальних властивостей і законів структурної організації і розвитку різних типів природно-матеріальних систем;
  • • логіко-гносеологічний аспект - філософсько-логічне обгрунтування фізичних теорій і їх найважливіших елементів (принципів, законів, фундаментальних понять), визначення ступеня їх універсальності і меж застосування;
  • • методологічний аспект - дослідження методології фізичного пізнання, аналіз процесів диференціації та інтеграції знання, співвідношення між новими і старими фізичними теоріями, методами пізнання, визначення можливостей і сфери застосування приватних і загальнонаукових методів;
  • • соціокультурний аспект - вивчення соціальних наслідків застосування фізичних ідей і методів, виявлення соціокультурного статусу науки, її місця в сучасному науково-технічному прогресі і людської цивілізації.

Історичність і соціокультурна обумовленість фізичного пізнання проявилися в послідовних стадіях наукової раціональності - в класичній, некласичній та постнекласичної періодах розвитку фізики. Тут слід зробити застереження, що витоки фізичної науки (як і науки взагалі) в сучасному сенсі слова відносяться до часів Галілея - Ньютона (XVII ст.).

Класична фізика виникає в Новий час, спираючись на головні досягнення попереднього періоду, виробляючи новий науковий метод пізнання і створюючи рівневу структуру знання: експериментальний метод, який формує емпіричний рівень знання, метод принципів, що реалізується в основному в математичному описі. У своїй єдності і взаємодії вони сформували класичний образ науки, який характеризують дифференцированность предметних областей, суб'єкт-об'єктна парадигма і системність всіх основних форм наукового знання.

Дифференцированность предметних областей, наприклад, означає, що фізика вивчає світ фізичних явищ і закономірностей, хімія досліджує реальність хімічних елементів, сполук і реакцій, біологія - світ живої природи. Диференціація привела до появи відносно автономних форм фізичного знання - механіки, оптики, термодинаміки, електромагнетизму і т.д. Витоки суб'єкт-об'єк проектної парадигми в значній мірі пов'язані з творчістю Р. Декарта, який ввів розуміння людини як суб'єкта, що пізнає, а фрагмента реальності - як об'єкта, на який спрямована увага суб'єкта, що пізнає. Такий підхід дозволяє досягати ідеалу об'єктивного знання, який і став еталоном знання в класичній науці. Під системністю наукового знання розуміється взаємозв'язок його основних форм, що включають в себе наукові факти, гіпотези, принципи, закони, теорії, парадигми.

Некласична фізика - характеристика науки перших двох третин XX ст. Якщо класичне розуміння світу визначалося механікою Ньютона, принципом «жорсткого» (лапласовского) детермінізму, то некласичної парадигмі відповідають розподіл усіх і статистичний опис світу, принципи невизначеності, додатковості, відносності та ін. Зрозуміло, в основі некласичної науки лежать теорія відносності і квантова механіка.

Постнекласичної фізика - стан науки останньої третини XX ст. і початку XXI ст. Її фундаментальні витоки слід вбачати в цілому комплексі обставин: від розробки нерівноважноїтермодинаміки (нелінійної динаміки самоорганізації складних систем) до використання сучасних комп'ютерно-інформаційних технологій для конструювання когнітивних віртуальних реальностей. До характерних особливостей цього етапу розвитку науки відносяться: міждисциплінарність досліджень, еволюціоністське і синергетичне розуміння реальності, дослідження основних типів віртуальних реальностей, використання нових онтологічних категорій і принципів, вивчення конструктивної ролі випадковості і хаосу, включення людини в сучасну наукову картину світу як її невід'ємною характеристики і ін.

Представлені особливості історичних типів наукової раціональності найбільш повно реалізуються в розвитку фізичної науки. Розглянемо коротко, в чому конкретно розкриваються підстави фізики ? Існують, принаймні, 4 види компонентів, що представляють підстави її змісту та розвитку: онтологічні, логіко-гносеологічні, методологічні та соціокультурні.

Одним з найважливіших проявів онтологічних підстав фізичної науки є такі її фундаментальні поняття, як фізична реальність, закони природи, взаємодії елементарних частинок і полів і т.п.

Методологічні основи фізики включають в себе широкий набір засобів наукового пізнання, без яких важко уявити розвиток цієї науки. До них відносяться: фізична картина світу (ФКМ), фундаментальні парадигми фізики, методологія фізичних дослідних програм, тематичний аналіз фізичної науки і деякі інші.

Найбільш розгорнуто концепція соціокультурної обумовленості розвитку фізики представлена ідеями екстерна- лизма. Ідеали, норми і цінності пізнання завжди вплетені в широкий історико-культурний та соціально-психологічний контекст життя і діяльності вчених.

У розвитку концептуальних основ фізики все ще недостатньо вивчена внутрішня логіка і механізм спадкоємності в еволюції знання. У логіко-гносеологічному плані підставами сучасної фізики є, перш за все, ті фундаментальні принципи та ідеї, які направляють загальний хід наукового пошуку, сприяють становленню і узагальнення фізичного знання як певної теоретичної структури, формуючи в ідеалі цілісну концептуальну систему, що включає в себе три основних рівня .

Перший рівень - власне філософські принципи, такі як принцип загального зв'язку, принцип розвитку, принцип причинності і т.д. Їх евристична роль по відношенню до «конкретно-науковому» пізнання у фізиці носить селективний характер: за допомогою відбору варіантів вони направляють процес «приватно-наукового» пізнання.

Другий рівень - сукупність метатеоретических (конкретизованих філософських) принципів, які, зберігши філософську основу, сформульовані на мові частнонаучних теорії. У фізиці це принципи відповідності, спостережливості (означає, що досліджуються лише принципово спостережувані об'єкти) і простоти (з двох гіпотез перевага віддається більш простий). У цьому ж ряду стоять принципи додатковості, інваріантності, симетрії, цілісності і деякі інші.

Третій рівень - власне фізичні теоретичні принципи та ідеї. Важливу роль в фундаментальних підставах фізики грають концепція близкодействия, принципи кінцівки швидкості поширення природних процесів, єдності фундаментальних взаємодій, найменшої дії і зростання ентропії в замкнутих системах.

Всі три рівні логіко-гносеологічних підстав взаємно проникають одна в одну. Це дозволяє говорити про тенденції в розвитку сучасних фізичних знань, пов'язаної з инте- Граціоні процесами. Наприклад, спроби об'єднати і уніфікувати всю фізику на єдиному теоретичному фундаменті на початку XX ст. представлені моделями так званої єдиної теорії поля. Вони відображали зусилля теоретиків виробити систему критеріїв, норм і методів оцінки вищого порядку, ніж ті, що існували раніше. Одним із проявів такого підходу став принцип геометризації фізики, висунутий А. Ейнштейном у загальній теорії відносності. Більш того, в ній переплелися філософсько-світоглядні, загальнонаукові, математичні і власне фізичні ідеї, принципи і методи.

Однією з провідних категорій методології фізики і її історії є наукова картина світу (НКС). Слід визнати, що будь-яка наукова картина світу (НКС) являє собою історично змінюється систему знань, яка відображатиме відношення людини до світу, його спосіб бачення, розуміння і оцінки реальності. При цьому самі терміни «картина» і «світ» не є однозначними. Навіть представляючи світ як природу, ми повинні погодитися, що в повному обсязі вся природа не пізнана.

З огляду на принципову роль фізики в системі наукового знання, ФКМ слід розуміти як одне з фундаментальних методологічних засобів наукового пізнання, яке виявляє ціннісно-світоглядний сенс людських уявлень про неживу природу. ФКМ - специфічний образ світу, принципово необхідний і суттєвий компонент самої фізичної науки, який на кожному етапі розвитку пізнання висловлює цілісне уявлення про світ фізичних явищ. НКМ (в тому числі і фізична) є продуктом кожної окремої фундаментальної теорії. Виступаючи підсумком синтезу наукових знань, конкретно-наукові картини світу дозволяють виділити основні системні характеристики предметної області конкретної науки.

Розвиток сучасної фізики свідчить про те, що вона багато в чому є наука про фундаментальні взаємодії, їх законах і сутності. Поняття «взаємодія» в рамках ФКМ включає в себе все те, що як загальне притаманне всім типам фізичних взаємодій і входить в таку систему понять і висловлювань, яка більш-менш адекватно відповідає об'єктивній реальності. При цьому на рівні фізичних теорій вчені оперують абстрактними моделями досліджуваної реальності. Так, в квантової електродинаміки елементами такої моделі є: поле, що не взаємодіє з джерелами, квантування джерел поля, взаємодія полів в першому наближенні теорії збурень, метод перенормировок, що дозволяє здійснити опис взаємодіючих полів у вищих порядках теорії збурень. Істотними елементами теоретичних схем виступають ідеї симетрії, інваріантності, збереження. Процес наукового пізнання і полягає в тому, що виробляються інваріантні абстрактні теоретичні моделі, які потім піддаються емпіричній перевірці. Так, особливості розвитку сучасної фізики елементарних частинок полягають у тому, що в ній реалізується підхід фізико-теоретичного і математичного моделювання фундаментальних процесів і об'єктів, що становлять суб'елементарний рівень реальності.

Історичні види ФКМ формувалися після виникнення науки в сучасному розумінні цього слова. Аж до кінця XIX в. картина світу будувалася на класичних уявленнях спочатку механіки, потім електромагнетизму. Досягнення і обмеженість класичної фізики історично зумовлені і зрозумілі в тій мірі, наскільки вона брала механіку Ньютона не тільки як еталон фізичного знання, а й як ідеал всього наукового знання, а механічна картина світу була задіяна не тільки на фізику, а й на все природознавство. При переході від механічної до електродинамічної картині світу вчені перейшли до вивчення нових фізичних об'єктів - полів, хоча багато в чому неусвідомлено прагнули екстраполювати колишні ідеали пізнання. Лише в міру накопичення теоретичних і експериментальних даних ставала очевидною необхідність створення нової картини світу, що відображає нові типи явищ і процесів. Революція у фізиці і криза колишніх фізичних уявлень і ідеалів привели до нового бачення суб'єктно-об'єктних відносин в науковому пізнанні. Суть цього повороту обумовлена формуванням релятивістської і квантової фізики і відповідних картин світу.

Ідеалом і вищою метою розвитку фізики XX ст. було і залишається побудова єдиної картини світу. Цю ідею свідомо і завжди послідовно відстоював один з видатних фізиків XX століття - М. Планк, ім'я якого символізує народження фізики XX ст. Відкриття їм кванта дії об'єктивно зробило революцію у фізиці, хоча суб'єктивно самому Планку не було притаманне прагнення здійснювати перевороти в науці. Більш того, вся його діяльність була підпорядкована ідеї єдності ФКМ, наступності етапів її розвитку.

На рубежі XIX-XX ст. в класичній фізиці, як зауважив В. Томсон (лорд Кельвін), на її чистому обрії були лише два темних хмарки, які, зрозуміло, свідчили про неповну досконало і завершеності: досліди Майкельсона - Морлі і проблема розподілу енергії в спектрі випромінювання абсолютно чорного тіла. У пошуках шляхів подолання «ультрафіолетової катастрофи» Планк багато в чому інтуїтивно висунув припущення: енергія осцилятора з власною частотою може приймати тільки значення, кратні величині h . Гіпотеза про кванти світла принципово не вписувалася в існуючу тоді картину світу.

Однією з характерних рис наукової творчості Планка був його постійний інтерес до такого аспекту методології фізики, як еволюція фізичної картини світу. «Здійсненню системи єдності в фізиці» сприяли і принцип збереження енергії, і принцип найменшої дії, і принцип зростання ентропії, і їх об'єднання. Планк був переконаний в закономірному розвитку фізики. При цьому виявлялося, що новий її етап в теоретичному плані є більш блідим, сухим і позбавленим безпосередньої наочності в порівнянні з строкатим барвистим пишністю первісної картини. Однак, втрачаючи в фарбах, фізика набуває все більшу єдність.

Звісно ж досить точної дана Планком характеристика реального шляху розвитку фізики XX століття (з огляду на те, що вона висловлена в 1908 г.). Він правильно зауважує, що при прогнозі основних рис майбутньої картини світу потрібно бути гранично обережним. Одночасно Планк досить жорстко наполягає на повному звільнення ФКМ від індивідуальності творчого розуму, що пов'язано з використанням все більш формалізованих і математизованих моделей, з переважанням колективного характеру наукового пошуку і необхідності вироблення об'єктивно-істинного знання про реальність. В силу продуктивності методологічної позиції Планка його твердження про єдність ФКМ можна без жодних натяжок застосовувати і сьогодні.

Сучасне розуміння питання про єдність картини світу обумовлено нинішньої ступенем розвитку фізики як науки про фундаментальні взаємодії. При цьому розвиток фізичного пізнання, що будує нові моделі об'єднання фундаментальних взаємодій, по суті призвело до концепції супервзаімодействія, яка інтегративно висловлює ідеї теорії Великого об'єднання, суперсиметрії, суперструн, супергравітації і глобального еволюційного підходу.

Розглянемо філософські проблеми квантової фізики. Дискусії філософсько-світоглядного характеру в зв'язку з розвитком квантових уявлень почалися з початку XX ст. Фізики старшого покоління сподівалися на повернення до класичних поглядів на світоустрій. Показовими в цьому відношенні є роздуми видатного вченого А. Пуанкаре: «Чи стане над світом панувати переривчастість і остаточна її перемога? Або ж дізнаються, що ця переривчастість тільки здається і приховує ряд безперервних процесів ».

Важливим етапом в становленні квантових уявлень стала висунута в 1924 р Л. де Бройля ідея про корпускулярноволновом дуалізм частинок і квантів світла, що стверджувала, по суті, їх принципову єдність. Відзначаючи універсальний характер дуалізму частинок і квантів, де Бройль наполягав на можливості «прискорити необхідний синтез, який об'єднує фізику випромінювань, так дивно розділену в даний час на дві області, де панують дві протилежні тенденції: корпускулярна і хвильова».

Поява в 1925-1926 рр. квантової механіки революційно змінило фізичне знання про те, як насправді влаштований мікросвіт. Фундаментальні результати, отримані В. Гейзенбергом і Е. Шредінгер, а потім їх доповнення, розвиток і осмислення Н. Бором, М. Борном, П. Дираком,

В. Паулі та ін., Привели до народження принципово некласичних уявлень про реальність, перегляду категорій причинності, закономірності, необхідності та випадковості. У підсумку, це позначилося на зміні структури суб'єктно-об'єктних відносин, ідеалу наукового пізнання і ряду онтологічних категорій. Створення квантової механіки і спроби усвідомлення її основ привели до якісно новим гносеологічним і методологічним висновків, що зачіпало і проблему свідомості, і проблему фізичної реальності, істинності, інтерпретації і розуміння теорії і багато іншого.

У квантовій механіці принциповими є проблеми розуміння хвильової функції, принципу невизначеності, редукції хвильового пакета (миттєвий колапс хвильової функції об'єкта, що відбувається при вимірі), питання про повноту квантово-механічного опису. Відзначимо критичну позицію по відношенню до сенсу квантово-механічного опису мікрооб'єктів, яку зайняли А. Ейнштейн, Л. де Бройль і деякі інші фізики. Головними були питання про інтерпретацію основного поняття квантової механіки - хвильової функції і повноти опису реальності. Обмежимося лише одним висловом Ейнштейна: «Принципово незадовільним в цій теорії, на мій погляд, є її ставлення до того, що я вважаю вищою метою всієї фізики: повного опису реального стану довільної системи (існуючого, за припущенням, незалежно від акту спостереження або існування спостерігача ) ». На відміну від Ейнштейна Н. Бор дає абсолютно протилежну оцінку суті квантової механіки: «На мою думку, якщо ми маємо логічно несуперечливий математичний апарат фізичної теорії, то єдиний спосіб довести його неспроможність полягає в тому, щоб показати, що його наслідки розходяться з досвідом або що його передбачення не вичерпують того, що може спостерігатися на досвіді. Аргументація ж Ейнштейна не призводить ні до того, ні до іншого ».

У квантовій механіці існують, принаймні, два типи фундаментальних процесів: еволюція станів квантово-механічної системи відповідно до рівняння Шредінгера і процес редукції хвильового пакета, що відбувається стрибкоподібно при вимірюванні. Якщо пояснення першого типу квантово-механічних процесів різними авторами характеризуються принциповим єдністю, то другий тип породжує безліч точок зору в залежності від загальної схеми інтерпретації квантової механіки. Квантова механіка дійсно має цілий спектр різноманітних інтерпретацій. Безумовно, найбільш визнаної і поширеною є так звана Копенгагенська інтерпретація. Правда, як правило, і в ній налічують 3-4 істотно розрізняються варіанти. В рамках копенгагенської інтерпретації можна виділити 2 найважливіших принципу: принцип додатковості Бора і постулат редукції хвильового пакета, найбільш послідовно сформульований Джоном фон Нейманом (1903-1957).

Спочатку принцип додатковості Бора виник як тлумачення співвідношень невизначеностей Гейзенберга. На цій основі Бор розвинув концепцію, згідно з якою імпульс і координата є додатковими характеристиками квантового об'єкта. В подальшому стало можливим, використовуючи Борівська термінологію, охарактеризувати процес редукції хвильового пакета в якості додаткового до процесу шредінгеровской тимчасової еволюції хвильової функції, що в кінцевому рахунку є відображенням додатковості між механікою класичної фізики та квантової механікою.

При цьому ряд дослідників, дотримуючись духу квантової теорії вимірювань фон Неймана, тлумачать редукцію хвильового пакета як втручання свідомості, активно змінює фізичні властивості мікрооб'єктів. Все ж більшість фізиків схиляється до того, що вирішальним для процесу редукції є не сама наявність свідомості, а існування принципової межі між класичною (макрооб'єкт) і квантової (мікрооб'єкт) областями у фізиці. Така точка зору видається більш розумною, оскільки вимір в квантовій механіці робить актуальною ту чи іншу потенційну можливість. Прагнення знайти в квантової області більш повний об'єктивний сенс призвело В. А. Фока до розробки концепції «відносності» стосовно до засобів вимірювання, яка потім цілком правомірно була доведена до концепції «відносності квантового явища» стосовно типу фізичного взаємодії.

Коротко зупинимося на деяких підходах до інтерпретації квантової механіки, альтернативних «копенгагенської».

Так звані неокласичні інтерпретації виходять з того, що квантово-механічне опис насправді не є повним. При цьому мається на увазі необхідність створення більш загальної теорії, яка забезпечила б детермінізм класичного типу. По відношенню до такої теорії квантова механіка була б деяким наближенням. Найбільш відомими «неокласичному» теоріями стали теорії з прихованими параметрами. У них передбачається, що хвильова функція визначає стан системи не повністю, і поряд з нею існують якісь приховані параметри, точне знання яких могло б дати можливість однозначного прогнозу результатів вимірювання відповідних фізичних величин.

Статистична інтерпретація квантової механіки заснована на уявленні про статистичних квантових ансамблях. При цьому вважається, що хвильова функція описує не індивідуальний об'єкт, а ансамбль однаковим чином приготованих мікрооб'єктів. В силу визнання в квантовій механіці фундаментального характеру імовірнісних прогнозів вважається повним і квантово-механічне опис реальності. Слід відзначити і ту обставину, що в рамках статистичної інтерпретації потрібно ввести постулат про те, що в процесі вимірювання макропрібора виділяє з статистичного ансамблю деякий подансамбль, який відповідає цьому результату вимірювання. Певною мірою цей постулат фактично займає місце постулату редукції в копенгагенської інтерпретації.

В основі так званої многоміровая інтерпретації квантової механіки лежить припущення, що всі мікроскопічні і макроскопічні об'єкти (включаючи людей з їх свідомістю) підпадають під дію законів квантової механіки і описуються хвильової функцією. При цьому хвильова функція виступає як реальний об'єкт, який еволюціонує в часі відповідно до рівняння Шредінгера. Всі фізичні процеси (в тому числі процес вимірювання) описуються цим рівнянням. Многоміровая інтерпретація була запропонована американським фізиком Х'ю Евереттом (1930- 1982) в 1957 р і в перші 10 років, по суті, не була затребувана. Відмовившись від постулату редукції хвильового пакета, Еверетт розробив свою концепцію, багато в чому орієнтуючись на «космологічні» обгрунтування. Справді, Копенгагенська інтерпретація принципово має на увазі існування класичного спостерігача, який може проводити вимірювання над квантовою системою. Результатом такого виміру є редукція хвильового пакета квантової системи. Якщо ж весь Всесвіт розглядати як квантовий об'єкт, то вже не потрібно апелювати до класичного спостерігачеві, що знаходиться за її межами.

Особливу популярність многоміровая інтерпретація придбала в 1980-і рр. в зв'язку з розвитком квантової космології. Той факт, що фізика мікро- і макросвіту тісно пов'язані між собою, вже давно є загальновизнаним. Однак осмислення того, що відбувалося на самій ранній стадії розвитку Всесвіту, принципово пов'язане з квантуванням всіх полів, включаючи і гравітацію. Побудова хвильової функції Всесвіту приводить до удаваному парадоксальним висновку про одночасне існування паралельних світів як самостійних «гілок» еволюціонує Всесвіту. При цьому «знищення» зайвих гілок не відбувається, а всі складові при математичному розкладанні хвильової функції рівноправні. У кожному світі (гілки) спостерігач бачить цілком певний результат вимірювання. У концепції Еверетта специфічним чином враховується цілісність квантового явища і квантово-механічного вимірювального процесу, але вона перетворюється тут в надалі не аналізоване поняття.

Творці квантової механіки, зайняті при її становленні математичними і власне фізичними аспектами, спочатку майже не піддавали критичному аналізу її основи і відносно мало звертали увагу на гносеологічні і світоглядні проблеми. Однак це не відноситься до Ейнштейна і його однодумцям. Однією з найбільш принципових стала стаття А. Ейнштейна, Бориса Яковича Подільського (1896-1966) і Натана Розена (1909- 1995) «Чи можна вважати квантово-механічне опис фізичної реальності повним?» (1935). Автори статті грунтувалися на наступних ідеях: «При аналізі фізичної теорії необхідно враховувати відмінність між об'єктивною реальністю, яка не залежить ні від якої теорії, і тими фізичними поняттями, з якими оперує теорія. Ці поняття вводяться в якості елементів, які повинні відповідати об'єктивної реальності, і за допомогою цих понять ми і розуміємо цю реальність ... Який би сенс не вкладався в термін "повний опис", від будь-якої повної теорії, як нам здається, необхідно вимагати наступне: кожен елемент фізичної реальності повинен мати відображення у фізичній теорії. Ми будемо називати це умовою повноти ... Елементи фізичної реальності не можуть бути визначені за допомогою апріорних філософських міркувань; вони повинні бути знайдені на основі результатів експериментів і вимірювань. Однак для наших цілей немає необхідності давати вичерпне визначення реальності. Ми задовольнимося наступним критерієм, який вважаємо розумним. Якщо ми можемо, без якого б то не було обурення системи, передбачити з вірогідністю (тобто ймовірністю, яка дорівнює одиниці) значення деякої фізичної величини, то існує елемент фізичної реальності, що відповідає цій фізичної величиною ».

Авторами був запропонований уявний експеримент з системою двох корельованих частинок, тобто таких частинок, властивості яких пов'язані, не будучи точно заданими. Наприклад, частинки А і В народжуються в одній точці, а потім розлітаються в різні боки, так що ні в однієї з них не задані координата і імпульс, але в силу закону збереження імпульсу сума їх імпульсів, як і сума координат, завжди дорівнює нулю. Якщо провести вимірювання над часткою А, наприклад виміряти її координату, то її хвильова функція «схлопнется» (редукує) у відповідній точці. Але те ж саме трапиться і з хвильової функцією частки В, оскільки її координата після такого виміру теж стане відомою точно. Якщо хвильова функція повністю характеризує частку, то з часткою В дійсно щось станеться, але ж вимір проводилося над часткою А, яка могла бути в цей момент дуже далеко від частки В. Якщо зміниться тільки хвильова функція частинки А, а сама частка залишиться точно такий же, то хвильова функція не в повній мірі характеризує квантову частинку. В цьому і полягає парадокс Ейнштейна - Подільського - Розена (ЕПР-парадокс), що складається в спробі вимірювання параметрів мікрооб'єктів непрямим чином, не надаючи на цей об'єкт безпосереднього впливу. З нього автори зробили висновок про «неповноту» квантової механіки, тобто неправильності опису фізичних об'єктів за допомогою хвильової функції.

Подання про неповноту квантово-механічного опису грунтувалося на спробі відновити ідеал повного детермінізму в класичному дусі. Саме в цьому напрямку розроблялася гіпотеза (Л. де Бройль, Д. Бом, Ж.-П. Віж'є) про наявність у квантових об'єктів додаткових ступенів свободи - «прихованих параметрів», облік яких зробив би поведінку квантової системи повністю детермінованим. Відновлення класичного детермінізму починалося з новою інтерпретації самої хвильової функції, яку намагалися зв'язати з прихованими параметрами.

Багаторічну дискусію з проблеми повноти квантовомеханічного опису не слід вважати безглуздою. При пошуку найбільш прийнятної її інтерпретації поглиблювалося розуміння філософських і методологічних основ квантової теорії. ЕПР-парадокс об'єктивно поставив перед квантовою механікою такі фундаментальні питання, остаточні відповіді на які до сих пір не отримано.

Новий виток у розвитку розуміння підстав квантової фізики пов'язаний з осмисленням теореми або нерівностей ірландського фізика Джона Стюарта Белла (1928-1990). У 1964 р Белл отримав новий і несподіваний для багатьох теоретичний результат. Теорема Белла показує, що як при наявності в квантово-механічної теорії прихованого параметра, що впливає на будь-яку фізичну характеристику квантової частинки, так і при відсутності такого можна провести серійний експеримент, статистичні результати якого підтвердять або спростують наявність прихованих параметрів в квантово-механічної теорії.

За останні роки різними групами експериментаторів була проведена ґрунтовна робота по перевірці передбачень квантової механіки в аспекті теореми Белла (наприклад, досліди Аспе, Шайдль і ін.). І хоча цю роботу не можна вважати повністю завершеною, більшість отриманих результатів, безперечно, свідчать на користь відсутності прихованих параметрів. При цьому ейнштейнівське вимога локальності виявилося несумісним з принципово статистичними прогнозами квантової теорії, і експеримент дозволив це протиріччя на користь останньої. Це єдиний відомий випадок в історії науки, коли блискучий теоретик довів можливість експериментальної перевірки гіпотези і дав обгрунтування методу такої перевірки.

Квантова механіка дійсно виявилася нелокальної теорією. Квантова нелокальність (цілісність, нераз подільність) не обов'язково вказує на можливість передачі інформації в квантовому світі з надсвітовою швидкістю (ефекту дальнодействия). Разом з тим в теоремі Белла як у фокусі зосередилися проблеми тлумачення принципів нелокального ™ і детермінізму. Теорема Белла показує, що, по суті, всі локальні теорії природних явищ, сформульовані в рамках реалізму, можуть бути експериментально перевірені.

Підводячи підсумок обговоренню філософських підстав квантової механіки в контексті дискусій Бора і Ейнштейна, необхідно відзначити наступне. Існуюче різноманіття підходів до інтерпретації квантово-механічного опису реальності виступає неминучим атрибутом сучасного стану квантової фізики. Чи не є остаточно дозволеної сама проблема синтезу «ліній» Бора і Ейнштейна, про що явно свідчать обговорення навколо теореми Белла, як власне теоретичних оцінок самих нерівностей, так і експериментальної перевірки випливають з них наслідків. Існуючий нині плюралізм в інтерпретації квантової механіки усвідомлюється науковим співтовариством цілком чітко. Витоки такого стану справ багато в чому пов'язані з тим підходом, щодо якого ще в 1979 р відомий фізик-теоретик М. Гелл-Манн точно помітив: «Те обставина, що адекватне філософське обгрунтування квантової механіки настільки довго складалося, безсумнівно, пояснюється тим, що Нільс Бор вселив цілому поколінню фізиків-теоретиків, що ця робота вже проведена п'ятдесят років тому ».

Перейдемо до розгляду філософських аспектів теорії відносності і релятивістської космології.

Створення Ейнштейном релятивістської фізики було здійснено в два етапи, що представляють: спеціальну (приватну) теорію відносності (СТО, 1905 р), часто звану теорією простору - часу, і загальну теорію відносності (ЗТВ, 1915-1916 рр.), Що інтерпретується як релятивістська теорія тяжіння (див. гл. 17). Перш ніж охарактеризувати сутність і філософські смисли релятивістської фізики, нагадаємо особливості так званих субстанциальной і реляційної концепцій простору і часу.

Класичне протистояння субстанциальной і реляційної концепцій простору і часу пов'язано з поглядами І. Ньютона і Г. Лейбніца і історично представлено полемікою останнього з ньютоніанцем С. Кларком. Субстанціальні концепція Ньютона - Кларка виражається в тому, що постулювало властивостей «абсолютного простору» і «абсолютного часу» як самостійних субстанцій. Вагомим аргументом для цієї концепції була віра в абсолютну значимість геометрії Евкліда. Лейбніц же наполягав на реляционном характері властивостей простору і часу. У тій мірі, в якій ньютоновская наукова парадигма займала панівне становище в науці аж до початку XX ст., Зберігала свою силу і субстанціальна концепція простору і часу. Лише в кінці XIX в. Е. Мах цілком усвідомлено піддав критиці цю концепцію.

Фундамент СТО заклали X. Лоренц, А. Пуанкаре, А. Ейнштейн, М. Планк і Г. Мінковський. Першим двом на самому початку XX в. вдалося розробити математичний апарат, фізичний зміст якого надав молодий Ейнштейн у своїй знаменитій праці "До електродинаміки рухомих тіл», опублікованій в 1905 р Ейнштейн виходив з двох постулатів: швидкість світла у вакуумі постійна незалежно від руху систем відліку; закони фізики в будь-якій інерційній системі відліку інваріантні. Ці вимоги привели до розуміння фізичного змісту перетворень Лоренца і до релятивістським ефектів скорочення довжин і уповільнення ходу часу. Таким чином, головна заслуга СТО полягала в тому, що була виявлена релятивістська зв'язок між фізичними поняттями простору і часу, яка призвела до становлення поняття простору - часу, що виражає цей зв'язок.

У свою чергу, Г. Минковскому вдалося висловити цей зв'язок у вигляді геометричної моделі - чотиривимірного геометричного різноманіття. Світ Маньківського дозволяв описувати будь-які релятивістські події в чотиривимірному псевдоевклі- Довом просторі, де четверта координата була квазівре- тимчасової. Фактично СТО встановила відносний характер просторово-часових властивостей, що виявляються в фізичному дослідженні. Ще більшою мірою це стосується ОТО. Її становлення і розвиток служить переконливою ілюстрацією тези про розвиток знання від абстрактного до конкретного. Виникла у Ейнштейна ідея про загальної теорії відносності як теорії, узагальнюючої принцип відносності для довільно обраної системи відліку, привела до релятивістської теорії тяжіння. Інший постулат ОТО - принцип еквівалентності, що ототожнює інерцію і тяжіння, веде до визначення як метричних властивостей простору, так і дії гравітації.

Відзначимо, що вихідні світоглядні положення при створенні будь-якої фундаментальної конкретно-наукової теорії для самих цих теорій важко переоцінити, не кажучи вже про їх філософському значенні. Подання про фізичну реальність поля тяжіння, по суті, означає, що гравітація є вид «фізичної» матерії. Тоді гравітаційне поле характеризується потенціалами і напруженням, так що ці величини, як і інші передбачувані фізичні властивості поля (енергетичні, існування квантів і ін.), Не є сьогодні безпосередньо вимірюваними величинами. При цьому неоднорідність напруженості гравітаційного поля інтерпретується як кривизна простору. Однак поняття кривизни простору значною мірою умовно. Воно не означає, що наше тривимірний простір або чотиривимірний простір - час викривлене в буквальному сенсі слова. Цей термін вказує лише на те, що простір має геометричну структуру, відмінну від евклідової.

Гравітаційні взаємодії, що визначають просторово-часові форми мегамира, в теорії пов'язані з певною геометрією. ОТО з її уявленням про неевклідової геометрії простору більш адекватно відображає властивості простору мегамира, ніж релятивістська теорія гравітації в плоскому просторі. Але з цього не випливає, що остання повністю беззмістовна. Навпаки, ця теорія виражає зв'язок, який існує між гравітаційним і електромагнітним полями. А саме: електромагнітне поле об'єктивно обумовлює властивості макропространства, що відображаються поняттям простору Маньківського і є як би фоном, на якому відбуваються гравітаційні взаємодії.

Історія фізичної науки неспростовно доводить, що хід її розвитку пов'язаний з розкриттям все більш глибоких закономірностей, які керують на перший погляд якісно раз-особистими областями фізичних явищ. Встановлення все більшого числа таких закономірностей є безперечним свідченням діалектики диференціації та інтеграції сучасного фізичного знання, що чітко проявляється в релятивістської космології.

Відповідно до сучасних космологічних уявлень, поширеною і визнаною є модель Всесвіту. При цьому саме поняття «народження Всесвіту» відображає те, що відбувається завдяки «Великому вибуху». Подальше розширення Всесвіту не можна розуміти як перехід вкрай щільної матерії в якусь навколишнє порожнечу, бо такий порожнечі просто немає. У філософсько-світоглядному аспекті Всесвіт є все існуюче; поза нею немає нічого, в тому числі, зрозуміло, і порожнечі. Причинами початку розширення Всесвіту виступають квантові ефекти, що виникають в поле тяжіння при величезних щільності матерії. Ці ефекти багато в чому ще не ясні, сучасна фізична наука лише починає їх досліджувати і осмислювати. Сам термін «Великий вибух» більше метафора, ніж точний теоретичний конструкт. Сучасна космологія ще не в змозі дати достовірну відповідь на питання про те, що ж було до початку розширення Всесвіту. Можна з певною визначеністю сказати, що початок розширення передувало якесь сингулярні стан. Фізична наука може висунути лише деякі гіпотези щодо сутності цього стану і діючих в ньому закономірностей.

З філософських положень можна припустити, що фізичні закони, що відображають гіпотетичні властивості сингулярного стану, принципово відмінні від відомих нині законів. Цілком задовільно в якості першої форми руху можна прийняти ту, яка виникла при Великому вибуху. У початковий період існування нашого Всесвіту в ній, мабуть, не було нічого, крім елементарних частинок. Стрибок від сингулярного стану до взаємодій елементарних частинок розкриває перехід від надщільного стану речовини і енергії до плазми з відносно малою щільністю. Подальша трансформація космічної плазми відбувається під дією сил гравітації і веде до утворення квазарів і галактичних ядер. Підходячи діалектично, можна сказати, що сингулярні стан, плазма елементарних частинок і квазари становлять перший етап (цикл) розвитку Метагалактики.

Згідно з концепцією глобального еволюціонізму, загальна картина розвитку природи узагальнює і систематизує наявний різноманітний природно-науковий матеріал. Разом з тим вона загострює ряд методологічних проблем, вирішення яких може бути отримано тільки в рамках відповідних конкретних напрямків розвитку сучасної науки, зокрема в аспекті концепції самоорганізації.

У сучасній фізиці космосу внутрішні інтеграційні процеси проявляються в зближенні астрофізики і космогонії, бо і та й інша вивчають об'єкти з подібними законами еволюції. Космогонія багато в чому інтегрується з космологією, оскільки Всесвіт після Великого вибуху можна розглядати як специфічне метагалактіческом освіту. В цьому проявляється один з найважливіших принципів космології, згідно з яким закони природи, відкриті на основі вивчення обмеженої частини Всесвіту (на Землі), можуть бути екстрапольовані, по суті, на весь Всесвіт. На філософсько-світоглядному рівні знань при такому підході своєрідно проявляється синтез принципів єдності світу і єдності процесів його розвитку.

Слід підкреслити, що механізм становлення і функціонування Всесвіту в даний час вивчений лише в загальних рисах. Ясно, однак, що на самих ранніх стадіях еволюції Всесвіту повинна існувати симетрія між сильними, слабкими і електромагнітними взаємодіями. При охолодженні Всесвіту симетрія між різними видами взаємодій була порушена. Можна виділити кілька гіпотетичних етапів еволюції початкових моментів утворення Всесвіту.

Перший з них розпочався від часу Ю -43 с після Великого вибуху і тривав до 10 ~ 35 с. Цьому етапу відповідає збереження Великого об'єднання і незбереження баріонів заряду. Другий етап тривав від 10 -35 с до 10 -10 с. У цей період сильні взаємодії відділилися від електрослабкої, лептони - від кварків, сформувалася баріонів асиметрія Всесвіту. У момент часу 10 -10 з стався фазовий перехід, в рамках якого порушилася симетрія між слабкими і електромагнітними взаємодіями. В результаті початкове супервзаімодействіе розділилося на 4 типи. На четвертому етапі (від 10 ~ 7 до 10 2 с) з'являються кварки, що знаходяться в тепловій рівновазі, на п'ятому етапі (від 10 2 с і далі) утворюється первинний водень і гелій.

Можна припустити, що подальше дослідження явищ сингулярності призведе до створення нової фундаментальної теорії, що фактично перетворить сучасну революцію в космології з «локальної» в «глобальну». Хоча розвиток фізики буде слідувати своїм внутрішнім логікою, все ж значний вплив на неї нададуть ідея глобального еволюціонізму і більш конкретні еволюційні космологічні уявлення. Згідно з принципом відповідності сучасна фізика може виявитися лише одним з приватних варіантів майбутніх фізичних ідей і уявлень, заснованих на нових неординарних принципах і законах, фундаментальних сталі та властивості просторово-часової структури.

Спроба пояснити взаємозв'язок констант мікрофізики і космології привели до формулювання так званого антропного принципу. Термін «антропний принцип» запропонував в 1973 р англійський фізик Брендон Картер (р. 1942). Втім, як виявили історики науки, сама ідея неодноразово висловлювалася і раніше. Першими її ясно висловили вітчизняні вчені - фізик Абрам Леонідович Зел'манов (1913-1987) в 1955 р і астроном, історик науки Григорій Мойсейович Ідліс (1928-2010) на Всесоюзній конференції з проблем позагалактичної астрономії і космології (1957). У 1961 р тугіше думку опублікував Р. Дікке.

Часто виділяють сильний і слабкий антропний принципи. Згідно слабкому антропному принципу у Всесвіті зустрічаються різні значення світових констант, але спостереження деяких їх значень більш імовірно, оскільки в регіонах, де величини приймають ці значення, вище ймовірність виникнення спостерігача. Іншими словами, значення світових констант, різко відмінні від наших, не спостерігається тому, що там, де вони, можливо, діють, немає спостерігачів.

Сильний антропний принцип говорить: «Всесвіт повинна мати властивості, що дозволяють розвинутися розумного життя». Різниця цих формулювань можна пояснити так: сильний антропний принцип відноситься до Всесвіту в цілому на всіх етапах її еволюції, в той час як слабкий - стосується тільки тих її регіонів і тих періодів, коли в ній теоретично може з'явитися розумне життя. З сильного принципу випливає слабкий, але не навпаки.

Згідно антропному принципу «заданість» космологічних параметрів (фундаментальних фізичних констант) повинна бути такою, щоб на певних стадіях розвитку Всесвіт з необхідністю породжувала біологічну життя і людини. Зрозуміло, такого роду гіпотези повинні отримувати наукову інтерпретацію, нічого спільного не має ні з телеологією, ні з редукционизмом.

Хоча думки про характер доцільності в природі висловлювалися вже багато століть назад, ідеї про зв'язок між виникненням цивілізації і фізичними законами активно почали висуватися лише в середині XX в. Виникнення життя і розуму в Метагалактиці (власне на Землі) виступає як прояв загальних еволюційних законів, які на основі системного характеру природних процесів зумовлюють цілісні риси прогресивного розвитку. Саме в цьому відношенні отримує природно-наукове обгрунтування світоглядний погляд на спрямованість еволюції природи відповідно до антропним принципом. Виникнення людини та суспільства виступає якісним стрибком в загальному процесі глобальної еволюції. Сучасний етап дослідження Всесвіту диктує необхідність розглядати виникнення життя і потім цивілізації на Землі як дійсно гігантські якісні скачки. Видимість «дива» в такому разі виникає лише тому, що поки не відомі конкретні еволюційні закони, які з неминучістю породили земне життя.

В якому сенсі можна говорити про філософське значення антропного принципу? Перш за все, антропний принцип дозволяє глибше зрозуміти єдність людини і Всесвіту. Мабуть, можна говорити про «антропологічної спрямованості» еволюції природи. Ідея про істотну роль розумного життя в еволюції Всесвіту отримала грунтовну підтримку. Більш того, становлення в фізиці ідей самоорганізації і доцільності з неминучістю призвело до появи у фізичній картині світу (ФКМ) людини як унікального і одночасно природного результату глобально-космічної еволюції. Сьогоднішня фізика все більш долає неповноту ФКМ, відокремлену від людини. Нині істотним компонентом світобудови стає розумне життя, бо без урахування взаємозв'язку фізичної та соціальної форм руху матерії неможливо пояснити сам Всесвіт.

Якщо наша Метагалактика - лише одна з потенційно нескінченної кількості квазізамкненого взаємодіючих, еволюціонують систем, то, очевидно, вже не можна стверджувати, що її еволюція визначається тільки внутрішніми факторами. Необхідно враховувати і фактори зовнішні, обумовлені її взаємодією з іншими фрагментами Всесвіту. З позицій теорії інфляційної космології немає достатніх підстав для уявлень про існування абсолютного єдиного начала і єдиного кінця всього світу. Всесвіт як ціле ніколи не перетвориться в ніщо. В ході інфляції Всесвіт розбивається на домени експоненціально великого розміру.

Однією з актуальних завдань сучасного наукового пізнання є аналіз нової еволюційної парадигми - парадигми самоорганізації, яка, на думку І. Р. Пригожина, покликана покласти початок новому діалогу людини з природою. При цьому концепція самоорганізації в неживій і живій природі корелює з діалектичної концепцією розвитку.

Процес самоорганізації супроводжується переходом від нестійкості до стійкості. При цьому стійкість, рівновагу, стабільність характеризують необхідні умови існування і функціонування цілком певних, конкретних систем, а перехід до нової системи неможливий без подолання рівноваги і однорідності. Новий порядок і динамічна структура формуються завдяки наявності флуктуацій, які, в свою чергу, залежать від ступеня неравновесное ™ системи і інтенсивності обміну речовиною, енергією та інформацією з навколишнім середовищем.

Оновленню уявлень про самоорганізацію сприяє розвиток такого напрямку міждисциплінарних досліджень, як синергетика. Визначення терміна «синергетика», близьке до сучасного розуміння, ввів в 1977 р німецький фізик-теоретик Герман Хакен (р. 1927) у своїй книзі «Синергетика».

Синергетика може стати, по-перше, основою для створення єдиної концепції глобального еволюціонізму. Така концепція покликана показати, як в результаті самоорганізації і ускладнення структури матеріальних систем відбувається процес виникнення різних форм руху матерії, починаючи від найпростіших об'єктів неорганічної природи і закінчуючи живими системами. По-друге, доводячи існування самоорганізації у відкритих системах неживої природи, синергетика тим самим підтверджує, що принцип саморуху і внутрішньої активності матерії застосуємо до всіх її формах. Тому колишнє класичне механістаческое уявлення про неорганічної матерії як відсталої масі, що приводиться в рух зовнішньою силою, має бути переглянуто. По-третє, результати, отримані синергетикою, дають можливість краще зрозуміти механізми виникнення нових структур в результаті взаємодії елементів системи, що призводять до появи кооперативних процесів. Все це сприяє конкретизації таких філософських категорій, як структура і система, порядок і безладдя, стійкість і мінливість, простота і складність, які характеризують процеси розвитку і самоорганізації.

Довгий час в науці панувало уявлення, що самоорганізуються процеси характерні тільки для живих систем. Адже відповідно до другого початку термодинаміки об'єкти неорганічної природи в замкнутих умовах могли змінюватися лише зі зростанням ентропії, хаосу і безладу. Іншими словами, в досінергетіческое час вважалося, що системам неживої природи була властива лише самодезор- ганизация. Однак в такому випадку було важко зрозуміти, яким чином з таких систем можуть виникати системи живої природи, здатні до самоорганізації. Залишався відкритим і те питання, чому фізичні закони виявлялися абсолютно неефективними стосовно до живих тіл, що складається з тих же молекул, атомів і інших часток. При цьому спостереження досить виразно говорять про те, що в неживій природі поряд з дезорганізацією відбувається також самоорганізація, яка проявляється у виникненні, хоча б і тимчасово, нових структур. Ще більш значущими стали експерименти з самоорганизующимися хімічними реакціями, розпочаті в 50-х рр. XX ст. Б. П. Белоусовим і продовжені А. М. Жаботинським. Їх теоретичні роботи пов'язані зі спробами моделювання деяких хімічних взаємодій. Відома реакція Білоусова - Жаботинського (див. Гл. 14) стала експериментальною основою для побудови математичної моделі, що самоорганізуються процесів.

Для самоорганізації необхідна відкритість системи з тим, щоб вона за допомогою взаємодії обмінювалася зі своїм оточенням речовиною, енергією та інформацією. Класична термодинаміка працює з закритими, ізольованими системами, які не зустрічаються в природі. Однак при всій схематизації і спрощення ізольовані системи обов'язково необхідно вивчати в фізиці. І хоча другий початок термодинаміки в прямому сенсі не може бути застосовано до відкритих систем, в останніх, звичайно, відбуваються ентропійних процеси, тобто зміни в співвідношенні порядку і безладу. Лише за рахунок припливу енергії ззовні мимовільний зростання ентропії і хаосу може бути припинений і навіть спрямований назад. Відкриті системи, здатні розсіювати і сприймати енергію ззовні і на цій основі створювати нові впорядковані стану, отримали назву дисипативних.

Уявлення про дисипативних системах пов'язані з принципом виникнення порядку через флуктуації. Саме виникнення порядку визначається характером взаємодії між частинками, що складають систему. При цьому, якщо відбувається достатнє надходження енергії із зовнішнього середовища, це може привести до динамічного режиму, який через «розхитування» колишнього порядку, через нестійкість веде до точки біфуркації (роздвоєння, розгалуження). Біфуркація як форма фазового переходу ставить систему перед вибором аттрактора - шляхи подальшої еволюції. Яким шляхом піде нова система або, можливо, відбудеться її розпад - залежить багато в чому від випадкових чинників і заздалегідь це передбачити не можна. Випадковість, таким чином, істотно характеризує точку біфуркації. Однак подальша поведінка системи детерміністичного, оскільки закономірно відбувається становлення нового порядку і динамічного режиму функціонування системи.

З точки зору синергетики незворотного характеру відбуваються у світі закономірно призводить до обговорення поняття «напрямок часу». У оборотних процесах, що вивчаються в механіці і рівноважної термодинаміки, напрямок часу не грає принципової ролі (просто в відповідних рівняннях можна змінювати тимчасову координату з плюса на мінус). Це означає, що в подібних системах не виникає нічого нового і, отже, в них не відбувається самоорганізації. Разом з тим реальні системи істотно відрізняються від подібних ізольованих ідеалізованих систем. Проте, як вказує Пригожин, «образ стійкого миру - миру, уникає процесу виникнення, аж до нашого часу залишається ідеалом теоретичної фізики». Це пояснюється редукціоністской тенденцією в розвитку фізики, пов'язаної з прагненням витлумачити складне через просте, пояснити властивості і руху макротел властивостями молекул, атомів і елементарних частинок. Тільки в останні десятиліття, починаючи з робіт по нерівноважної термодинаміки і проблемам космомікрофізики, в області теоретичної фізики стали реалізовуватися можливості цілісного, системного підходу, все більше витісняє редукціоністскій.

Вихідний пункт синергетичної концепції самоорганізації - це ідея взаємодії елементів, частин або підсистем як всередині відкритої системи, так і з навколишнім середовищем. Взаємодія системи і середовища, що приводить до неравновесно- сти і посилення флуктуацій, виступає в якості вирішального чинника для виникнення узгодженої поведінки підсистем. Іншими словами, самоорганізація завжди пов'язана з кооперативними процесами, з колективним узгодженим поведінкою частин системи, завдяки якому виникають нові структури.

Діалектичні зв'язку рівноважних і нерівноважних станів, порядку і безладу у відкритих системах висловлюють особливу форму становлення динамічних структур. Так, в рамках космологічних уявлень про розширення Всесвіту можуть виникати впорядковані і невпорядковані структурні стану. Міжзоряний речовина і самі зірки залучені в стійкий циклічний процес. Білі карлики є найбільш упорядкованими об'єктами у Всесвіті. Вміщені в білому карлику атомні ядра утворюють структуру кристалічного типу, яка виникає в результаті зрівноважування сил стиснення (гравітаційних) і сил відштовхування (кулонівських).

У синергетики важливими представляються поняття структурної стійкості, інваріантності станів, симетрії і її порушень, закономірних кооперативних дій (когерентних взаємодій) підсистем і т.д. Вивчаючи системи, що складаються з багатьох підсистем самої різної природи (електрони, атоми, молекули, клітини, нейрони, органи, тварини і навіть люди), синергетика прагне зрозуміти, яким чином взаємодія таких підсистем приводить до виникнення просторово-часових структур в значних масштабах.

Розглянута модель Всесвіту, що не є єдино можливою. В останні роки пропонуються різні підходи, наприклад модель пульсуючого Всесвіту. Однак які б моделі та сценарії ні висувалися, безперечно, що еволюція матерії не може бути глибоко осмислена і аргументовано пояснити без визнання її самоорганізації, починаючи від початкового стану і продовжуючи різними її етапами і рівнями. Найбільш повно процес самоорганізації проявляється при переході від неживих систем до живих і в подальшій еволюції видів рослин і тварин при обліку їх природного відбору.

Відроджуючи чарівність природи і світу, які довго і наполегливо «расколдовивает» класична наука, намагаючись пізнати «природну» природу світу речей, некласична синергетика знаходить нову історичну глибину. У парадигмі комунікативної «нейросінергетікі» в згоді з принципами відповідності, спостережливості і додатковості знаходять своє місце і «синергетика лазера» Г. Хакена, і теорія дисипативних структур І. Р. Пригожина, що розуміються узагальнено в якості складових частин «нелінійної науки», біля витоків якої стояли А. Пуанкаре, Л. І. Мандельштам, А. А. Андронов. Нова синергетична парадигма принципово плюралістична, орієнтована на мережеве мислення Інтернету, включаючи в себе також і сценарії «Великої історії» (від Великого космогонічного вибуху до історії Homo sapiens), і науку про взаємні переходах «порядок - хаос» (Л. Больцман, Р. Том, В. І. Арнольд, Я. Г. Синай, Ю. Л. Климонтович), на фрактальної кордоні яких (Б. Мандельброт, С. Кауфман) існують складні еволюціонують системи. Серед них однією з найзагадковіших є людський мозок і створені ним в кооперативному взаємодії людей мови людського спілкування. Зміни, що відбуваються в науці в ході становлення синергетичної парадигми і її різноманітних додатків, настільки широкі і глибокі, що це дозволяє Пригожину називати їх научноміровоззренческой революцією, яка свідчить про перехід від детермінізму до індетерменізму.

На закінчення розглянемо питання про єдність фізичного знання. Одна з найважливіших проблем сучасної фізики полягає в дослідженні специфіки кожного типу фундаментальних взаємодій і їх єдності. Сучасні фізичні теорії вже привели до певних досягнень у вирішенні цієї проблеми: отримані важливі експериментальні і теоретичні результати, які конкретизували і уточнили цю проблему, хоча поки не дозволили її повністю. І квантова електродинаміка, і теорія слабких взаємодій, і квантова хромодинамика, і загальна теорія відносності описують кожна у своїй області всі наявні експериментальні дані. І якщо раніше, багато в чому імовірно, висувалася ідея єдності всіх взаємодій, то сьогодні ця ідея має більш вагомі підстави.

Дуже коротко нагадаємо історію розвитку уявлень про фізичні взаємодії. Одне з перших взаємодій, яке стали вивчати вчені, було гравітаційна взаємодія. Досить сказати, що основний класичний закон гравітації - закон всесвітнього тяжіння Ньютона - був сформульований в 1666 р, більш ніж за 100 років до аналогічного закону Кулона (1785). Однак ньютонівська фізика виявилася здатною лише феноменологически відобразити кількісну закономірність гравітаційного тяжіння.

Тільки розвиток фізичного пізнання в XX в. дозволило знайти нові рубежі при поясненні природи гравітації, що в першу чергу пов'язано зі створенням Ейнштейном ОТО. Остання, хоча і залишається на сьогодні найбільш широко визнаною теорією гравітації, не враховує таке сучасне вимога, як квантування. Створення теорії квантової гравітації є в даний час найбільш актуальним завданням. Відзначимо, що поняття про кванти гравітаційного поля - Гравітон - ввів в 1935 р російський (радянський) фізик-теоретик Матвій Петрович Бронштейн (1906-1938).

Розвиток поглядів на електромагнітні взаємодії пройшло шлях якісних перетворень від електростатики Кулона через класичні уявлення Фарадея і Максвелла до сучасної квантової електродинаміки (П. Дірак, 1928 р Р. Фейнман, Ю. Швінгер, С. Томонага, 1948-1949 рр.). Електромагнітні процеси сьогодні вивчені набагато краще, ніж інші фундаментальні сили природи. І це не дивно, бо вони лежать в основі не тільки широкого кола явищ мікросвіту, а й, по суті, всіх макропроцесів і явищ - фізичних, хімічних і біологічних.

З слабкими взаємодіями людство зустрілося абсолютно несподівано при дослідженні радіоактивного розпаду солей урану (А. Беккерель, 1896 г.). Першу квантовополевую теорію бета-розпаду створив Е. Фермі (1933). Його незвичайна теорія четирехферміонного взаємодії піддалася перевірці на збереження і порушення С-, Р і Т-симетрії і їх комбінацій. Лише створення стандартної теорії слабких взаємодій, заснованої на законі збереження лептонного числа, підготувало пошук теорії з проміжними векторними бозонами. Своє логічне завершення цей процес отримав в кінці 1960-х рр. побудовою теорії електро про слабкий про го взаємодії, основний внесок в розвиток якої внесли Ш. Глешоу, С. Вайнберг і А. Салам (1967-1968).

Витоки уявлень про сильних взаємодіях пов'язані з вивченням альфа-частинок, досліди з якими на початку XX ст. привели Е. Резерфорда до відкриття атомного ядра (1911), що поклало початок вивченню ядерних сил. Відкриття нейтрона в 1932 р супроводжувалося розвитком теоретичної моделі, яка встановлює обмінний характер ядерної зв'язку між нуклонами (І. Є. Тамм, 1934 р X. Юкава, 1935 г.). Відкриття багатьох інших сільновзаімодействующіх частинок (адронів) призвело до гіпотези кварків (М. Гелл-Манн і Дж. Цвейг, 1964 г.). Вивчення кварковой структури адронів і квантових характеристик самих кварків призвело до уявлень про глюонів і «кольорі». Сучасна квантово-польова теорія кольорових кварків і глюонів отримала назву квантової хромодинаміки.

В основі уявлень сучасної ФКМ про моделях фізичних взаємодій лежить ідея квантування полів, що включають в себе як самі взаємодіючі об'єкти (наприклад, електрони і позитрони як кванти електронно-позитронного поля), так і переносники взаємодій (фотони як кванти електромагнітного поля). Початковий стан квантованих полів - фізичний вакуум, який сам постійно взаємодіє з власними збудженими станами за допомогою народження і поглинання віртуальних квантів полів, енергія і час існування яких взаємопов'язані співвідношенням невизначеностей Гейзенберга.

Близько півстоліття тому була побудована єдина теорія електромагнітних і слабких взаємодій. Звичайно, в цій теорії немає буквального відомості одних взаємодій до інших, а розкривається щось спільне, що властиво взаємодій того і іншого типу. Якщо раніше прояви цих взаємодій здавалися настільки несхожими один на одного, що вони описувалися різними теоріями, то тепер вдалося побудувати їх загальну теоретичну модель, яка пояснює витоки обох типів взаємодій. Успіхи, пов'язані з розвитком єдиної теорії електрослабкої взаємодії, налаштовують теоретиків на подальші об'єднання. Вже сьогодні існують теоретичні моделі Великого об'єднання, які зв'язали в єдине ціле електрослабкої і сильне взаємодії. В їх основі лежить гіпотеза про те, що при надвисоких енергіях природа відрізняється високим ступенем симетрії і практично зникає різниця між різними типами частинок. Імовірно в цій області енергій частинки пов'язані єдиним взаємодією. При менших енергіях ступінь симетрії в організації матерії знижується, а єдине взаємодія поділяється на три гілки: сильна, слабка і електромагнітне, які виявляють різні властивості.

Ще більш дивовижною видається область фізики, що досліджує можливості об'єднання всіх видів взаємодій (в тому числі гравітаційних), яку зазвичай називають супероб'едіненіем. При її обґрунтуванні виникає цілий ряд питань. Головний з них наступний: в якому сенсі фундаментальні так звані фундаментальні типи фізичних взаємодій?

По-перше, слід підкреслити, що існування фундаментальних взаємодій має виявлятися на рівні найбільш елементарних на сьогоднішній день (і вже тим самим найбільш фундаментальних) об'єктів, що існують в об'єктивному світі. Сьогодні істинно елементарними представляються кварки, лептони, векторні бозони, фотони, глюони і гіпотетичні Гравітон. Взаємодії між ними здійснюються за допомогою чотирьох типів сил: електромагнітних, слабких, сильних і гравітаційних. Ці сили взаємодії є фундаментальними, так як одні з них не можна безпосередньо математично вивести і фізично пояснити з інших видів взаємодій.

По-друге, характерною рисою, що свідчить про самостійне існування фундаментальних взаємодій, є наявність якісно відмінних зарядів - гравітаційного заряду, носієм якого є маса, електричного заряду і так званих слабких і сильних (баріонів або колірного) ядерних зарядів. У несвідомих ™ одного з цих зарядів до іншого проявляється якісна специфіка фундаментальних взаємодій. Згідно з традиційними польовим уявленням заряди тієї чи іншої природи породжують відповідні їм поля. Квантами цих полів є фотони, ВІОНА (векторні бозони), глюони і Гравітон.

По-третє, самі типи фундаментальних взаємодій принципово різняться за величиною так званої константи зв'язку. Взагалі кажучи, безрозмірні константи зв'язку проявляють свою мінливість в залежності від енергетичних і, отже, просторово-часових параметрів. Їх відносна величина (інтенсивність) при так званих стандартних умовах (при енергіях 1 ГеВ) може бути представлена відповідно для сильних, електромагнітних, слабких і гравітаційних взаємодій так: S - сильна взаємодія (the strong interaction) ~ 10, ЕМ - електромагнітне взаємодія (the electromagnetic interaction) - 10 -2 , W - слабка взаємодія (the weak interaction) ~ 10 ~ 6 , G - гравітаційна взаємодія (the gravitational interaction) ~ 10 ~ 39 .

Однак вже при відстанях, рівних 10 ~ 17 см, ефективні константи зв'язку трьох взаємодій істотно зближуються: S ~ 1/10, W ~ 1/27, ЕМ ~ 1/129. У цьому напрямку і лежить пошук об'єднавчих теорій, спочатку теоретичної моделі «великого об'єднання», а в кінцевому рахунку - супероб'едіненія. У моделі «великого об'єднання» передбачається можливість злиття констант зв'язку електросла- бого і сильної взаємодій при надвисоких енергіях, абсолютно недосяжних ні в земних прискорювачах майбутнього, ні в космічних променях. Відповідна константа зв'язку GU ~ 1/40 при відстанях, рівних 10 ~ 29 см, і енергіях, великих 10 15 ГеВ.

Моделі супероб'едіненія безпосередньо пов'язані з проблемами космології і космогонії, тобто з віком та іншими параметрами Всесвіту. Супероб'едіненіе має на увазі уніфікацію всіх фундаментальних сил природи. З'явилися різні «сценарії» (моделі) Всесвіту, які прагнуть теоретично виявити зв'язок між елементарними частинками, вакуумом і гравітацією. Всі вони грунтуються на багатовимірної інтерпретації взаємодій. При цьому в повній мірі справедливі міркування Я. Б. Зельдовича і Л. П. Грищука: «В даний час широко поширена думка, що в близькому майбутньому виникне якась" загальна теорія " (theory of everything ), скорочено - TOE. Ця теорія об'єднає тяжіння з іншими силами природи - електромагнетизмом, слабкою взаємодією і хромодинаміки. Більш того, загальна думка полягає в тому, що ТЕ передбачить нові частинки і поля, до сих пір не виявлені в лабораторних дослідах. Ці частинки і поля можуть відігравати суттєву роль в космології. Далі ряд авторів вважають, що в основі ТЕ лежить простір більш ніж чотирьох вимірювань (наприклад, 10,11 або 26?), З яких «виживають» як час і простір тільки 4 ». У цьому напрямку зроблено лише перші кроки, і поки реалістична модель супервзаімодействія не створена.

В рамках інфляційної космології обговорюється модель хаотичного роздування. Згідно з останньою глобальна геометрія нашого світу принципово відрізняється від геометрії світу Фрідмана. Всесвіт як би складається з окремих фрід- мановскіх міні-всесвітів з різними властивостями. Життя земного типу може виникнути лише в частині міні-всесвітів, умови в яких досить сприятливі для цього. У деяких з таких міні-всесвітів розмірність простору - часу може бути відмінна від чотирьох, а замість слабких, електромагнітних і сильних взаємодій можуть, взагалі кажучи, існувати взаємодії зовсім інших типів з іншими константами зв'язку.

Отже, проблема єдності фізичного знання знаходить своє вираження в конкретному різноманітті наукових теорій, в єдності концептуально-понятійних структур фізики, їх методологічних підстав, принципову єдність ФКМ, стилів мислення, дослідницьких програм, математичного формалізму. Істотні аспекти єдності фізичного знання реалізуються через принципи відповідності, наступності, детермінізму, системності, цілісності, єдності світу, загального взаємозв'язку і розвитку, самоорганізації і структурності, проявляються в діалектиці конкретного і абстрактного, об'єктивного і суб'єктивного, абсолютного і відносного, історичного і логічного, симетрії і асиметрії, лінійності і нелінійності. Розвиток уявлень про взаємодію висловлює теоретичні прагнення виявити тісні зв'язки між мікро-, макро- і мегасвіті. Мабуть, на цьому шляху будуть знайдені плідні результати, які позначаться при обгрунтуванні тенденції, що веде до єдності сучасного фізичного знання.

Резюмуючи, відзначимо, що для сучасної фізики характерне зростання ролі гносеологічних проблем, так як без аналізу пізнавального процесу важко, а часом і неможливо визначити сам об'єкт дослідження. Тому можна стверджувати, що знання про процес наукового пізнання дозволяють краще зрозуміти суть фізичних явищ, законів, теорій.

Майбутнім викладачам як провідникам сучасної науки, що розвивається важливо взяти до уваги ту обставину, що набуття наукового світогляду на уроках фізики повинно спиратися не тільки на засвоєння учнями фундаментальних фізичних ідей і понять, але і на формування у них уявлень про процес наукового пізнання. Саме методологічний підхід до навчання забезпечує всебічний розуміння учнями досліджуваного предмета.

Контрольні питання

  • 1. Що таке філософія фізики?
  • 2. У чому полягають її основні особливості і відмінності від інших філософських напрямків?
  • 3. Які аспекти включає в себе предмет філософії фізики?
  • 4. Чим характеризуються історичні типи наукової раціональності?
  • 5. Що включають в себе підстави фізики?
  • 6. Який філософсько-методологічний сенс має ФКМ?
  • 7. Як формувалися історичні види ФКМ?
  • 8. У яких напрямках розвивалися філософські аспекти квантової фізики?
  • 9. Що являє собою Копенгагенська інтерпретація квантової фізики?
  • 10. Яких поглядів дотримувалися А. Ейнштейн і його прихильники на квантово-механічне опис мікрооб'єктів?
  • 11. У чому полягала дискусія А. Ейнштейна і Н. Бора про філософських підставах квантової фізики?
  • 12. Що таке ЕПР-парадокс?
  • 13. Як формулюється теорема Белла, яке місце вона займає в квантовій фізиці?
  • 14. У чому полягають основні філософські проблеми теорії відносності?
  • 15. На яких ідеях базується релятивістська космологія?
  • 16. У чому полягає суть «слабкого» і «сильного» антропний принципів?
  • 17. Яку роль відіграє антропний принцип в методології теорії відносності?
  • 18. Який вплив робить концепція самоорганізації на процеси розвитку фізичних ідей?
  • 19. Які ідеї і уявлення лежать в основі синергетики?
  • 20. Як розвивалися уявлення про фізичних взаємодіях в історії науки?
  • 21. У якому сенсі фундаментальні так звані фундаментальні типи фізичних взаємодій?
  • 22. У чому полягає концепція єдності фізичного знання?
  • 23. Чому, на ваш погляд, важливо формувати філософсько-методологічні знання на уроках фізики?

Завдання для самостійної роботи

  • 1. Філософія фізики. Історія виникнення, предмет, сучасний стан.
  • 2. Типи наукової раціональності. Історія становлення і сучасні уявлення.
  • 3. Особливості постнекласичного періоду розвитку фізики.
  • 4. Сутність фізичної картини світу і історія розвитку її видів.
  • 5. Філософські підстави квантової фізики.
  • 6. Копенгагенська парадигма (інтерпретація) квантової фізики.
  • 7. ЕПР-парадокс в історичному переломленні.
  • 8. А. Ейнштейн і філософські питання квантової фізики.
  • 9. «Нестандартні» інтерпретації квантової фізики і їх роль в історії науки.
  • 10. Теорема Белла. Теорія і експеримент.
  • 11. «Світи Еверетта». Сутність і сучасна інтерпретація.
  • 12. Філософські аспекти загальної теорії відносності і релятивістської космології.
  • 13. Антропний принцип в мегафізіке і філософії.
  • 14. Взаємозв'язки синергетики і фізики. Історичний аспект.
  • 15. Проблеми самоорганізації матерії і їх методологічний сенс.
  • 16. Парадигма глобального еволюціонізму - основа наукової картини світу, що забезпечує інтеграцію наук про природу і людину.
  • 17. І. Р. Пригожин. Біографія і наукові досягнення.
  • 18. Філософсько-методологічні аспекти проблеми єдності фізичного знання.
  • 19. Сучасні уявлення про фундаментальні взаємодії.
  • 20. Історія та методологія розвитку уявлень про об'єднання фундаментальних взаємодій.

рекомендована література

  • 1. Бунге, М. Філософія фізики: пров. з англ. - 3-е изд. - М.: Едіторіал УРСС, 2010 року.
  • 2. Карнап, Р. Філософські підстави фізики. Введення в філософію науки: пров. з англ. - 4-е изд. - М .: ЛКИ, 2008.
  • 3. Микешина, Л. А. Філософія науки: навч, посібник. - 2-е изд., Пере- раб. і доп. - М.: Видавничий дім Міжнародного університету в Москва, 2006.
  • 4. Філософія науки: Епістемологія. Методологія. Культура: навч, посібник. - 2-е изд., Испр. і доп. - М .: Видавничий дім Міжнародного університету в Москва, 2006.
  • 5. Ільїн, В. В. Філософія і історія науки. - М .: Изд-во МГУ, 2005.
  • 6. Алексєєв І. С. Методологія обгрунтування квантової теорії / І. С. Алексєєв, Н. Ф. Овчинников, А. А. Печонкін. - М .: Наука, 1984.
  • 7. Марков, М. А. Про три інтерпретаціях квантової механіки. - М .: Наука, 1991.
  • 8. Бранський, В. П. Теорія елементарних частинок як об'єкт методологічного ісследованія.-Л .: Вид-во Ленінградського ун-ту, 1989.
  • 9. Вайнберг, С. Перші три хвилини. - М .: Енергоіздат, 1981.
  • 10. Візгін, В. П. Єдині теорії поля в першій третині XX століття. - М .: Наука, 1985.
  • 11. Гейзенберг, В. Фізика і філософія. Частина і ціле. - М .: Наука, 1990..
  • 12. Готт, В. С. Філософські питання сучасної фізики. - М.: Вища школа, 1988.
  • 13. Казютінскій, В. В. Антропний принцип: історія і сучасність / В. В. Казютінскій, Ю. В. Балашов // Природа. - 1989. - № 1.
  • 14. Князєв, В. Н. Концепція взаємодії в сучасній фізиці. - М .: Прометей, 1991.
  • 15. Лінде, А. Д. Фізика елементарних частинок і інфляційна космологія. - М .: Наука, 1990..
  • 16. Пригожий, І. Порядок з хаосу: Новий діалог людини з природою / І. Пригожин, І. Стенгерс. - М .: Прогрес, 1986.
  • 17. Синергетична парадигма. Різноманіття пошуків і підходів. - М .: Прогрес-Традиція, 2000..
  • 18. Лакатоса, І. Фальсифікація і методологія науково-дослідних програм. - М .: Медіум, 1995.
  • 19. Фейнман, Р. Характер фізичних законів. - М .: Наука, 1987.
  • 20. Хакен, Г. Синергетика. Ієрархія неустойчивостей в самоорганізованих системах та пристроях. - М .: Мир, 1985.
 
Переглянути оригінал
< Попер   ЗМІСТ   ОРИГІНАЛ   Наст >