Главная страница  Список работ

ГЛАВА 1

МЕТОДОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ
ФОРМИРОВАНИЯ ПОСТНЕКЛАССИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ

 

1.1. Развитие оснований физики: характеристика современного этапа

Предпринимаемая в настоящей главе попытка методологического анализа современного состояния и перспектив развития физики включает, с одной стороны, конкретизацию специфики нового класса актуальных задач, стоящих сегодня перед исследователями фундаментальных свойств физической реальности, а с другой стороны, - рассмотрение основных причин тех принципиальных трудностей, которые обнаружились в современных физических теориях и ограничивают адекватность этих теорий как средств познания объективных закономерностей, особенно применительно к исследованиям в новых предметных областях материального мира.

Физика, как и наука в целом, характеризуется определенным развитием, в процессе которого ее содержание изменяется не только в части достигнутых результатов, что выражается в постоянном расширении границ области познанной действительности, но и в части самих оснований физики, которые можно разделить на три главные составляющие: физическую картину мира, идеалы и нормы исследования и философско-методологические основания.

Физическая картина мира является одной из главных составляющих оснований физики1, она строится на теориях, господствующих в данный период развития физики, синтезируя получаемые ими знания. Непременным и важнейшим элементом картины мира является обобщенная характеристика объекта исследования, которая вводится, в частности, посредством представлений о фундаментальных объектах, из которых полагаются построенными все другие объекты, изучаемые соответствующим разделом физики, о типологии изучаемых объектов, об общих особенностях их взаимодействия, о пространственно-временной структуре реальности и др. Тем самым, реальные свойства исследуемых объектов через представления о них оказывают определяющее влияние на содержание соответствующей физической картины мира.

В идеалах и нормах доказательности и обоснования знания, объяснения и описания, построения и организации знания находит выражение обобщенная схема метода2. А поскольку метод должен прежде всего соответствовать объекту, то специфика исследуемых объектов непременно сказывается на характере идеалов и норм научного познания и каждый новый тип системной организации объектов, вовлекаемый в орбиту исследовательской деятельности, как правило, требует трансформации идеалов и норм научной дисциплины.

Философские, общенаучные и конкретно-научные идеи и принципы в их методологическом качестве, составляющие третий блок оснований физики, призваны обосновывать идеалы и нормы исследования, постулаты, а также выполнять эвристическую функцию, активно участвуя в построении новых теорий, целенаправляя перестройку нормативных структур физики и картины реальности. Формирование и трансформация этих оснований требуют как философской, так и специальной научной эрудиции (т.е. понимания особенностей предмета соответствующей науки, ее традиций, образцов деятельности и т.п.). Они осуществляются путем выборки и последующей адаптации идей, выработанных в методологическом анализе, к потребностям определенной области научного познания, что приводит к конкретизации исходных идей, их уточнению, возникновению новых категориальных смыслов, которые после вторичной рефлексии эксплицируются как новое содержание философских категорий. (Весь этот комплекс исследований на стыке между философией и конкретной наукой осуществляется совместно философами и учеными-специалистами в данной науке. В настоящее время этот особый слой исследовательской деятельности обозначен как философия и методология науки3). Изменение качественной специфики представлений объектов, изучаемых фундаментальными разделами физики, непосредственно влечет изменение онтологического содержания системы философско-методологических оснований физики. Новому образу объекта должны соответствовать обновленные смыслы категорий (например, части и целого, причинности, случайности и необходимости, состояния, вещи, процесса и др.)

Развитие различных компонентов оснований физики осуществляется неравномерно. Но в историческом развитии научного познания можно обнаружить такие примеры, когда происходило радикальное изменение всех компонентов оснований физики. Такие периоды являются революциями, резко меняющими облик данной науки. Можно показать, что в объективном отношении определяющую роль в революционных преобразованиях физики играла ее “экспансия” в новые для нее предметные области, сопровождавшаяся обнаружением качественно новых типов объектов.

Первой в истории физики была революция XVII в., ознаменовавшая собой становление классической физики. Специфика объектов, изучаемых классической физикой, состояла в том, что их можно было рассматривать в качестве относительно простых (аддитивных) макросистем. “Соответственно этому применялась категориальная “сетка”, определяющая понимание и познание природы. Малая система характеризуется относительно небольшим количеством элементов, их силовыми взаимодействиями и жестко детерминированными связями. Для их освоения достаточно полагать, что свойства целого полностью определяются состоянием и свойствами его частей, вещь представлять как относительно устойчивое тело, а процесс как перемещение тел в пространстве с течением времени, причинность трактовать в лапласовском смысле”4. Идеалом физического исследования в рамках классического стиля мышления было построение завершенной, логически замкнутой и самодостаточной картины природы. Объяснение истолковывалось как поиск механических причин и субстанций - носителей сил, которые детерминируют наблюдаемые явления. “В понимание обоснования включалась идея редукции знаний о природе к фундаментальным принципам и представлениям механики. В соответствии с этими установками строилась и развивалась механическая картина природы, которая выступала одновременно и как картина реальности, применительно к сфере физического знания, и как общенаучная картина мира. Наконец, идеалы, нормы и онтологические принципы естествознания XVII-XVIII столетий опирались на специфическую систему философских оснований, в которых доминирующую роль играли идеи механицизма”5.

Следующая революция, как известно, выражалась в становлении неклассического этапа развития физики. Она охватывала период с конца XIX до середины XX столетия. Идеалы и нормы исследования, принятые на неклассическом этапе, характеризовались отказом от прямолинейного онтологизма и пониманием относительной истинности теорий и картины природы, выработанной на том или ином этапе развития естествознания. В противовес идеалу единственно истинной теории, “фотографирующей” исследуемые объекты, допускается истинность нескольких отличающихся друг от друга конкретных теоретических описаний одной и той же реальности, поскольку в каждом из них может содержаться момент объективно-истинного знания. Принимаются такие типы объяснения и описания, которые в явном виде содержат ссылки на средства и операции познавательной деятельности. Если в классической физике идеал объяснения и описания предполагал характеристику объекта “самого по себе”, без указания на средства его исследования, то в квантовой физике в качестве необходимого условия объективности объяснения и описания выдвигается требование четкой фиксации особенностей средств наблюдения, которые взаимодействуют с объектом (классический способ объяснения и описания может быть представлен как идеализация, рациональные моменты которой обобщаются в рамках нового подхода). Претерпели изменение и идеалы и нормы доказательности и обоснованности знаний. “В отличие от классических образцов обоснование теорий в физике предполагало экспликацию при изложении теории операциональной основы вводимой системы понятий (принцип наблюдаемости) и выяснение связей между новой и предшествующими ей теориями (принцип соответствия)”6.

Новая система познавательных идеалов и норм обеспечивала значительное расширение поля исследуемых объектов, открывая пути к освоению сложных саморегулирующихся систем. В отличие от малых систем такие объекты характеризуются уровневой организацией, наличием относительно автономных и вариабельных подсистем, массовым стохастическим взаимодействием их элементов, существованием управляющего уровня и обратных связей, обеспечивающих целостность системы. Именно втягивание таких объектов в орбиту научного исследования привело к резкой перестройке в физической картине мира. Последняя уже рассматривалась не как точный и окончательный портрет природы, а как постоянно уточняемая и развивающаяся система относительно истинного знания о мире.

Радикально видоизменялась и система философско-методологических оснований физики. Развитие неклассической физики было связано с включением новых смыслов в категории части и целого, причинности, случайности и необходимости, объекта, состояния и др. Согласно В.С.Степину7, эта “категориальная сетка” по существу вводила новый образ объекта, который представал как действительно сложная система. Представления о соотношении части и целого применительно к таким системам включают идею несводимости состояний целого к сумме состояний его частей. Важную роль при описании динамики системы начинают играть категории случайности, потенциально возможного и действительного, взаимная связь которых понимается в смысле концепции дополнительности. Причинность не может быть сведена только к ее лапласовской формулировке - возникает понятие “вероятностной причинности”. Новым содержанием наполняется категория объекта: он рассматривается уже не как себетождественная вещь (тело), а как процесс, воспроизводящий некоторые устойчивые состояния и изменчивый в ряде других характеристик.

В современную эпоху мы являемся свидетелями новых радикальных изменений в основаниях физики, связанных с вовлечением в круг исследований качественно новых объектов. Эти изменения можно охарактеризовать как признаки очередной революции, в ходе которой может родиться новая, постнеклассическая физика8 Наряду с дисциплинарными исследованиями на передний план в физике все более выдвигаются междисциплинарные и проблемно ориентированные формы исследовательской деятельности. Если классическая физика была ориентирована на постижение “все более сужающегося, изолированного фрагмента действительности”9, то специфику нынешней эпохи, благодаря объединительным тенденциям в физических науках и космологии, определяют комплексные исследовательские программы и междисциплинарные исследования, объектами которых все чаще становятся уникальные системы, характеризующиеся открытостью и саморазвитием (эволюционизмом). Такого типа объекты постепенно начинают определять и характер предметных областей основных фундаментальных теорий, детерминируя новый облик физики в целом.

Междисциплинарность исследований (являющаяся следствием реализации идеи единства физического мира) и идея эволюционизма как одни из предпосылок и характеристик постнеклассического научного подхода в физике являются взаимообусловленными. Выражающая объединительные тенденции междисциплинарность исследований на этапе постнеклассической физики предполагает существование взаимосвязи, преемственности, взаимопревращаемости различных объектов мега-, макро- и микромира, свойства которых суть следствия единых закономерностей, проявляющихся по-разному в зависимости от временных и пространственных масштабов. Глобальный эволюционизм является как бы ответом на стремление современной науки (в частности, физики) к комплексному изучению природы в ее саморазвитии. С другой стороны, многообразие форм объектов, требующее междисциплинарного подхода к их изучению, может рассматриваться в постнеклассической физике как непосредственный результат всеобщей эволюции реальности. В исследованиях, связанных с изучением концепций развития в физике, отмечается, что современная физическая картина мира становится исторической10, включая в качестве одной из своих фундаментальных составляющих идею глобального эволюционизма. Осознание единства и взаимосвязи всех элементов глобального мирового процесса ведет к коренной перестройке мышления, отказу от дуального видения мира и формированию недуальной системы мышления, возрождая на новом уровне синкретическое видение мира, характерное для древних учений. Наивный донаучный взгляд на мир не является ли первым звеном диалектической триады (тезис - антитезис - синтез), где синтез отрицает дуалистичность?

Тем самым развитие представлений об исследуемых объектах приводит к определенной модернизации философско-методологических оснований физики, в онтологической составляющей которых начинает доминировать “категориальная матрица”, обеспечивающая понимание и познание развивающихся объектов. “Возникает потребность в новом понимании категорий пространства и времени (учет исторического времени системы, иерархии пространственно-временных форм), категорий возможности и действительности (идея множества потенциально возможных линий необратимого развития нелинейных систем в точках бифуркаций), категории детерминации (предшествующая история определяет избирательное реагирование системы на внешние воздействия) и др.”11.

Ярким примером, подтверждающим существование тенденции перехода к качественно новому этапу познания физической реальности и во многом определяющим сегодня конкретное содержание этого этапа, служит зародившееся в 80-е годы на стыке космологии и физики новое научное направление - космомикрофизика12. “Его появление - закономерный результат самостоятельного развития физики элементарных частиц и космологии - науки о происхождении и эволюции Вселенной. Для проверки своих предсказаний теория элементарных частиц вынуждена использовать естественный ускоритель - Вселенную (например, единственным источником сведений о веществе с плотностью, существенно превышающей плотность атомного ядра, служит космология). Но и космологии для обоснования своих сценариев приходится обращаться к физике сверхвысоких энергий. В космомикрофизике физика микромира сливается с физикой макромира. Дальнейшее развитие исследований с целью построения единой теории всех фундаментальных взаимодействий и, следовательно, полной картины происхождения Вселенной, появления в ней излучения и вещества может основываться только на совокупности методов, сочетающих как физический эксперимент и численное моделирование, так и астрономические наблюдения. Последние обретают в контексте космомикрофизики черты наблюдательной физики”13.

Проиллюстрируем связь между макро- и микрофизикой. Согласно древнему мифу14, Уроборос - змея, поглощающая свой хвост - символизирует структуру мира. Известный физик-теоретик Дж.Глетшоу вкладывает в символ Уробороса глубокий физический смысл. Если вдоль тела змеи нанести шкалу длин от самых больших величин - радиус наблюдаемой части Вселенной (1028см) - до самых малых - планковская длина (10-33см), то высокоразвитые организмы, в том числе и человек, займут на этой шкале примерно среднее положение. “Левая часть этого рисунка будет соответствовать микромиру, правая - макромиру. Между частями рисунка существует... связь: атомная физика определяет свойства планет, ядерная - свойства звезд, физика сверхвысоких энергий - крупномасштабную структуру Вселенной. Исследование такой взаимосвязи и является предметом космомикрофизики15.

Тем самым, космомикрофизика призвана синтезировать космологию и физику высоких энергий в единую научную теорию. В известном смысле это будет единая физическая теория нашего мира, нашей Вселенной, охватывающая микро- и макромир в единой теоретической концепции. Она отличается от теории Великого объединения, описывающей электрослабое и сильное взаимодействия, и от теории суперобъединения, включающей в себя еще и описание гравитационного взаимодействия. Казалось бы, теория суперобъединения и есть космомикрофизика, так как включение гравитационного взаимодействия позволяет описать полностью всю Вселенную. (“Объединение всех взаимодействий в суперобъединение в принципе означало бы возможность объяснить все физические явления с единой точки зрения. В этом смысле будущую теорию называют Теорией Всего”16). Однако надо заметить, что “космомикрофизика по объему, степени охвата предмета гораздо шире, чем суперобъединение”17. Как было отмечено, космомикрофизика предполагает наличие связей между атомной физикой и свойствами планет, ядерной - и свойствами звезд, физикой сверхвысоких энергий и крупномасштабной структурой Вселенной. Этот подход, стремящийся к описанию весьма разнокачественных природных процессов единой теорией на единой базе, “позволит оптимизировать все физическое познание и в значительной степени воздействовать на формирование языка всех других наук. В этой ситуации речь может пойти о создании не просто новой физической картины мира, но именно об обобщенной единой научной картине мира.”18. Таким образом, космомикрофизика имеет огромное научное и общефилософское значение. Ее развитие важно не только ввиду естественнонаучной ценности этого направления и влияния на становление постнеклассического этапа, но и в силу ее мировоззренческого и общекультурного значения.

Энергетические возможности современной человеческой цивилизации не позволяют экспериментально подтверждать гипотезы и теории как относительно физики мегамира, так и физики микромира. Наблюдение и косвенные эксперименты - пока единственные варианты проверки космомикрофизических теорий. Отсюда понятно, что формирующаяся картина мира будет еще длительное время многовариантной и не в полной мере обеспеченной соответствующей эмпирической базой. В этих условиях космомикрофизика могла бы выполнять важную роль в отборе физических теорий. Например, основным направлением развития теории элементарных частиц в настоящее время является создание единых теорий всех фундаментальных взаимодействий. Однако единство слабых, сильных, электромагнитных и гравитационных взаимодействий, согласно этим теориям, должно полностью проявляться лишь при энергиях, которые на 12-16 порядков превышают энергии, достижимые с помощью существующих и строящихся ускорителей элементарных частиц. Поэтому возможности прямой экспериментальной проверки теорий “Великого объединения” или “суперобъединения” традиционными методами физики элементарных частиц сводятся к изучению их предсказаний в случае низких значений энергии. Единственная лаборатория, в которой могли существовать и взаимодействовать друг с другом частицы сверхвысоких энергий, рассматриваемые этими теориями, - Вселенная на самых ранних стадиях эволюции, 10-15 млрд. лет назад. Из анализа космологических данных удается получить обширную информацию о процессах, происходивших в ту далекую эпоху, и в конечном счете проверить предсказания единых теорий элементарных частиц. Практически каждая такая теория прежде всего проходит проверку на “космологическую полноценность”. Но здесь возникает важная методологическая проблема, которую возможно сформулировать в форме вопроса: “А не проверяем ли мы одно неизвестное через другое неизвестное?”19. Дело в том, что основным источником данных в космологии являются исследования реликтового излучения, имеющего космологическую природу, а также структуры Вселенной в больших масштабах (102 Мпк). Но экстраполяция в прошлое Вселенной, производимая на основе этих данных, вынужденно использует теоретические и эмпирические результаты физики высоких энергий, т.к. ранняя Вселенная, согласно общепринятой точке зрения, представляла собой горячую плазму, состоящую из частиц и античастиц. Сверхраннее же состояние Вселенной можно описать только с помощью теории суперобъединения. “Таким образом, решение названной методологической проблемы возможно только на пути создания такой теории, которая описывает не только микромир в целом (теория великого суперобъединения) или мегамир (Вселенную) в целом (космология), но и то, и другое вместе, т.е. фактически новой единой фундаментальной науки - космомикрофизики”20.

Физические теории, выдержавшие испытание космологическими тестами, могут предсказать новые астрономические объекты, процессы, явления, доступные наблюдательной проверке21. Обсуждение свойств коллапсирующих космических тел инициирует обсуждение фундаментальных проблем теории элементарных частиц22. В свою очередь, важнейшим следствием теорий элементарных частиц является предсказание существования во Вселенной не только излучения и вещества, но и иных, гипотетических видов материи. Астрономические данные о динамике галактик и скоплений галактик и в особенности о формировании структуры Вселенной позволяют предположить, что кроме видимого (светящегося) вещества во Вселенной имеется также темное, несветящееся вещество, в котором должна быть сосредоточена основная часть массы Вселенной, так называемая скрытая масса. В больших объемах средняя плотность темного вещества преобладает над обычным веществом по меньшей мере на порядок. Отсюда следует, что в динамической эволюции Вселенной скрытая масса сыграла определенную роль. Так как структура Вселенной на больших масштабах изменяется достаточно медленно, наблюдаемое сейчас крупномасштабное распределение вещества должно нести информацию о свойствах частиц, составляющих темное вещество23.

Имеющиеся сегодня тенденции взаимопроникновения космологии и физики микромира указывают на то, что в XXI в. фундаментальные исследования в области физики в значительной мере будут определяться развитием космомикрофизики, результаты которой влияют на преобразование неклассической физической картины мира, идеалов и норм исследования, а также и на философско-методологические основания физики в первую очередь благодаря принципиальному расширению исследуемой области реальности24.

Другой важной методологической предпосылкой необходимости обновления оснований физики является существование в неклассических теориях принципиальных трудностей, не преодолеваемых в рамках неклассических методов и подходов, в рамках существующего мировоззрения. Традиционно под неклассической физикой понимают квантовую механику, теорию относительности и ряд связанных с ними физических теорий и концепций. Фактически они являются ядром современного физического знания, достаточно устоявшимся и общепринятым. И, как это уже было в период классического (механистического) этапа развития физики, всякое покушение на это ядро воспринимается как ересь, обычно не достойная внимания серьезного специалиста. Существующие же проблемы, появление которых вызвано естественным процессом развития научного познания, могут быть решены, как a priori принимается многими исследователями, методами и средствами, ставшими традиционными. Достаточно на порядок-другой увеличить точность измерений, мощность аппаратуры, использовать другой математический прием (но в рамках старых понятий и формализмов) - и та или иная проблема будет решена. Однако, как показывает анализ современного этапа развития физики, все попытки такого рода приводят к появлению разного рода бесконечных значений величин, расходимостей, сингулярностей, нарушения законов сохранения, законов формальной логики, принципа причинности и т.п. Возникает вопрос: а не служат ли эти проблемы таким же сигналом о несовершенстве наших фундаментальных представлений, как, например, бесконечная величина полной энергии излучения черного тела, приведшая Планка к гипотезе световых квантов? Становится все более очевидным, что необходимо что-то кардинально менять в самих основаниях физического знания25. Но чисто психологически эта мысль воспринимается с большим трудом. И это понятно - вся система подготовки специалистов и прагматическая направленность их работы создают лишь самые минимальные условия для проведения фундаментальных исследований, которые могут кардинально изменить процесс развития физики. Но все это до определенного момента: накопление эмпирических и теоретических результатов, обострение проблем и противоречий в научных теориях и концепциях вынуждает выдвигать в конце концов на передний план развитие фундаментальных исследований, приближающих новую научную революцию, связанную с кардинальным изменением стиля мышления, видения самих научных проблем. Как следствие, появляются теории, революционизирующие всю науку, меняется методология исследований, переинтерпретируются методологические принципы.

Итак, проведенный в настоящем разделе анализ определенно свидетельствует в пользу следующего вывода. В настоящее время существует ряд важных признаков, характеризующих состояние современной физики и указывающих на то, что она находится на переломном моменте своего развития. Возникшая внутренняя потребность физики в переходе к изучению качественно новой предметной области актуализирует проблемы, не разрешимые в рамках неклассических теорий, и тем самым, обусловливает необходимость коренной трансформации всех составляющих оснований современной физики. Более всего очевидна истинность этого тезиса на примере развития космологии и физики высоких энергий - наиболее фундаментальных в современном физическом знании теорий и одновременно имеющих наибольшее число нерешенных проблем.

Примечания

1 Симанов А.Л. Методологическая функция философии и научная теория. - Новосибирск: Наука, 1986. - С. 101.

2 Степин В.С. Научное познание и ценности техногенной цивилизации // Вопросы философии. - 1989. - № 10. - С. 3-18.

3 Там же.

4 Там же.

5 Там же.

6 Там же.

7 Там же.

8 Впервые постнеклассический этап развития науки был выделен и проанализирован В. С. Степиным (Там же.).

9 Там же.

10 Там же.; Черникова И.В. Всеохватывающий феномен эволюции и человечество. - Томск, изд-е Томского университета, 1994.; Коблов А.Н. Диалектико-материалистическая концепция развития и современная физика. - Иркутск: Изд-во Иркутского университета, 1987.; Пригожин И., Стенгерс И. Порядок из хаоса. - М.: Прогресс, 1986.; Моисеев Н.Н. Проблема возникновения системных свойств // Вопросы философии. - 1992. - № 11. - С. 25-34.

11 Степин В.С. Научное познание и ценности техногенной цивилизации // Вопросы философии. - 1989. - № 10. - С. 3-18.

12 Сахаров А.Д. Космомикрофизика - междисциплинарная проблема // Вестник Академии Наук СССР. - 1989. - № 4. - С. 39.

13 Сахаров А.Д., Зельдович Я.Б., Шандарин С.Ф. и др. Координация исследований по космомикрофизике // Вестник Академии Наук СССР. - 1989. - № 4. - С. 40-50.

14 Там же.

15 Там же.

16 Мигдал А.Б. Физика и философия // Вопросы философии. - 1990. - № 1. - С. 5-32.

17 Симанов А.Л. Космомикрофизика как фактор оптимизации развития научной картины мира / В сб.: Физика в конце столетия: теория и методология. - Новосибирск, изд-е ИФиПр СО РАН, 1994. - С. 25-27.

18 Там же.

19 Симанов А.Л. Космомикрофизика: теория и реальность (методологические аспекты) // История, филология и философия. - 1991. - №. 2. - С. 39-43.

20 Там же.

21 Сахаров А.Д. Космомикрофизика - междисциплинарная проблема // Вестник Академии Наук СССР. - 1989. - № 4. - С. 39.; Сахаров А.Д., Зельдович Я.Б., Шандарин С.Ф. и др. Координация исследований по космомикрофизике // Вестник Академии Наук СССР. - 1989. - № 4. - С. 40-50.

22 Марков М.А. Глобальные свойства вещества в коллапсированном состоянии (“Черные дыры”) // Успехи физических наук. - 1973. - Т. 111, № 1. - С. 3-28.

23 Сахаров А.Д., Зельдович Я.Б., Шандарин С.Ф. и др. Координация исследований по космомикрофизике // Вестник Академии Наук СССР. - 1989. - № 4. - С. 40-50.

24 “...нынешний период истории физики характеризуется все более настойчивыми и перспективными попытками построения новой, четвертой в исторической последовательности единой картины мира, которую разумно предварительно назвать “атомно-космической”. ...мы стоим нынче перед задачей построения единой теории, учитывающей с самого начала как атомно-квантовые, так и гравитационные и космологические обстоятельства...” (Иваненко Д.Д. Возможности единой теории поля / В кн.: Философские проблемы теории тяготения Эйнштейна и релятивистской космологии. - Киев: Наукова думка, 1965. - С. 43-56.).

25 Симанов А.Л. Методологические и теоретические проблемы неклассической физики // Гуманитарные науки в Сибири. - 1994. - № 1. - С. 9-14.



Для вас со скидками перевод золотая корона без дополнительной оплаты.
Сайт создан в системе uCoz