Проблемы современной физики вып 3. «современные проблемы физики

Ниже приведён список нерешённых проблем современной физики . Некоторые из этих проблем носят теоретический характер. Это означает, что существующие теории оказываются неспособными объяснить определённые наблюдаемые явления или экспериментальные результаты. Другие проблемы являются экспериментальными, а это означает, что имеются трудности в создании эксперимента по проверке предлагаемой теории или по более подробному исследованию какого-либо явления. Следующие проблемы являются либо фундаментальными теоретическими проблемами, либо теоретическими идеями, для которых отсутствуют экспериментальные данные. Некоторые из этих проблем тесно взаимосвязаны. Например, дополнительные измерения или суперсимметрия могут решить проблему иерархии. Считается, что полная теория квантовой гравитации способна ответить на бомльшую часть из перечисленных вопросов (кроме проблемы острова стабильности).

• 1. Квантовая гравитация. Можно ли квантовую механику и общую теорию относительности объединить в единую самосогласованную теорию (возможно, это квантовая теория поля)? Является ли пространство-время непрерывным или оно дискретно? Будет ли самосогласованная теория использовать гипотетический гравитон или она будет полностью продуктом дискретной структуры пространства-времени (как в петлевой квантовой гравитации)? Существуют ли отклонения от предсказаний ОТО для очень малых или очень больших масштабов или в других чрезвычайных обстоятельствах, которые вытекают из теории квантовой гравитации?
• 2. Чёрные дыры, исчезновение информации в чёрной дыре, излучение Хокинга. Производят ли чёрные дыры тепловое излучение, как это предсказывает теория? Содержит ли это излучение информацию об их внутренней структуре, как это предполагает дуальность тяготение-калибровочная инвариантность, или нет, как следует из оригинального расчета Хокинга? Если нет и чёрные дыры могут непрерывно испаряться, то что происходит с информацией, хранящейся в них (квантовая механика не предусматривает уничтожение информации)? Или излучение в какой-то момент остановится, когда от чёрной дыры мало что останется? Есть ли какой-либо другой способ исследования их внутренней структуры, если такая структура вообще существует? Выполняется ли закон сохранения барионного заряда внутри чёрной дыры? Неизвестно доказательство принципа космической цензуры, а также точная формулировка условий, при которых он выполняется. Отсутствует полная и законченная теория магнитосферы черных дыр. Неизвестна точная формула для вычисления числа различных состояний системы, коллапс которой приводит к возникновению черной дыры с заданными массой, моментом количества движения и зарядом. Неизвестно доказательство в общем случае "теоремы об отсутствии волос" у чёрной дыры.
• 3. Размерность пространства-времени. Существуют ли в природе дополнительные измерения пространства-времени, кроме известных нам четырёх? Если да, то каково их количество? Является ли размерность «3+1» (или более высокая) априорным свойством Вселенной или она является результатом других физических процессов, как предполагает, например, теория причинной динамической триангуляции? Можем ли мы экспериментально «наблюдать» высшие пространственные измерения? Справедлив ли голографический принцип, по которому физика нашего «3+1»-мерного пространства-времени эквивалентна физике на гиперповерхности с размерностью «2+1»?
• 4. Инфляционная модель Вселенной. Верна ли теория космической инфляции, и если да, то каковы подробные детали этой стадии? Что представляет собой гипотетическое инфлатонное поле, ответственное за рост инфляции? Если инфляция произошла в одной точке, является ли это началом самоподдерживающегося процесса за счёт инфляции квантово-механических колебаний, который будет продолжаться в совершенно другом, удалённом от этой точки месте?
• 5. Мультивселенная. Существуют ли физические причины существования других вселенных, которые принципиально ненаблюдаемы? Например: существуют ли квантово-механические «альтернативные истории» или «множество миров»? Существуют ли «другие» вселенные с физическими законами, являющимися результатом альтернативных способов нарушения очевидной симметрии физических сил при высоких энергиях, расположенные, возможно, невероятно далеко из-за космической инфляции? Могли ли другие вселенные влиять на нашу, вызвав, например, аномалии в распределении температуры реликтового излучения? Является ли оправданным использование антропного принципа для решения глобальных космологических дилемм?
• 6. Принцип космической цензуры и гипотеза защиты хронологии. Могут ли сингулярности, не скрывающиеся за горизонтом событий и известные как «голые сингулярности», возникать из реалистичных начальных условий, или же можно доказать какую-то версию «гипотезы космической цензуры» Роджера Пенроуза, в которой предполагается, что это невозможно? В последнее время появились факты в пользу несостоятельности гипотезы космической цензуры, а значит голые сингулярности должны встречаться гораздо чаще, чем только лишь как экстремальные решения уравнений Керра -- Ньюмена, тем не менее неоспоримых доказательств этому представлено ещё не было. Аналогично, будут лизамкнутые времениподобные кривые, которые возникают в некоторых решениях уравнений общей теории относительности (и которые предполагают возможность путешествия во времени в обратном направлении) исключены теорией квантовой гравитации, которая объединяет общую теорию относительности с квантовой механикой, как предполагает «гипотеза защиты хронологии» Стивена Хокинга?
• 7. Ось времени. Что могут сказать нам о природе времени явления, которые отличаются друг от друга хождением по времени вперёд и назад? Чем время отличается от пространства? Почему нарушения CP-инвариантности наблюдаются только в некоторых слабых взаимодействиях и более нигде? Являются ли нарушения CP-инвариантности следствием второго закона термодинамики или же они являются отдельной осью времени? Есть ли исключения из принципа причинности? Является ли прошлое единственно возможным? Является ли настоящий момент физически отличным от прошлого и будущего или это просто результат особенностей сознания? Как люди научились договариваться о том, что является настоящим моментом? (См. также ниже Энтропия (ось времени)).
• 8. Локальность. Существуют ли нелокальные явления в квантовой физике? Если существуют, не имеют ли они ограничения в передаче информации, или: может ли энергия и материя также двигаться по нелокальному пути? При каких условиях наблюдаются нелокальные явления? Что влечёт наличие или отсутствие нелокальных явлений для фундаментальной структуры пространства-времени? Как это связано с квантовой сцепленностью? Как это истолковать с позиций правильной интерпретации фундаментальной природы квантовой физики?
• 9. Будущее Вселенной. Движется ли Вселенная по направлению к Большому замерзанию, Большому разрыву, Большому сжатию или Большому отскоку? Является ли наша Вселенная частью бесконечно повторяющейся циклической модели?
• 10. Проблема иерархии. Почему гравитация является такой слабой силой? Она становится большой только в планковском масштабе, для частиц с энергией порядка 10 19 ГэВ, что гораздо выше электрослабого масштаба (в физике низких энергий доминирующей является энергия в 100 ГэВ). Почему эти масштабы так сильно отличаются друг от друга? Что мешает величинам электрослабого масштаба, таким как масса бозона Хиггса, получать квантовые поправки на масштабах порядка планковских? Являются ли решением этой проблемы суперсимметрия, дополнительные измерения или просто антропная тонкая настройка?
• 11. Магнитный монополь. Существовали ли частицы -- носители «магнитного заряда» в какие-либо прошлые эпохи с более высокими энергиями? Если да, то есть ли какие-либо на сегодняшний день? (Поль Дирак показал, что наличие некоторых типов магнитных монополей могло бы объяснить квантование заряда.)
• 12. Распад протона и Великое объединение. Как можно объединить три различных квантово-механических фундаментальных взаимодействия квантовой теории поля? Почему легчайший барион, являющийся протоном, абсолютно стабилен? Если же протон нестабилен, то каков его период полураспада?
• 13. Суперсимметрия. Реализована ли суперсимметрия пространства в природе? Если да, то каков механизм нарушения суперсимметрии? Стабилизирует ли суперсимметрия электрослабый масштаб, предотвращая высокие квантовые поправки? Состоит ли тёмная материя из лёгких суперсимметричных частиц?
• 14. Поколения материи. Существует ли более трёх поколений кварков и лептонов? Связано ли число поколений с размерностью пространства? Почему вообще существуют поколения? Существует ли теория, которая могла бы объяснить наличие массы у некоторых кварков и лептонов в отдельных поколениях на основании первых принципов (теория взаимодействия Юкавы)?
• 15. Фундаментальная симметрия и нейтрино. Какова природа нейтрино, какова их масса и как они формировали эволюцию Вселенной? Почему сейчас во Вселенной обнаруживается вещества больше, чем антивещества? Какие невидимые силы присутствовали на заре Вселенной, но исчезли из поля зрения в процессе развития Вселенной?
• 16. Квантовая теория поля. Совместимы ли принципы релятивистской локальной квантовой теории поля с существованием нетривиальной матрицы рассеяния?
• 17. Безмассовые частицы. Почему безмассовые частицы без спина не существуют в природе?
• 18. Квантовая хромодинамика. Каковы фазовые состояния сильно взаимодействующей материи и какую роль они играют в космосе? Каково внутреннее устройство нуклонов? Какие свойства сильно взаимодействующей материи предсказывает КХД? Что управляет переходом кварков и глюонов в пи-мезоны и нуклоны? Какова роль глюонов и глюонного взаимодействия в нуклонах и ядрах? Что определяет ключевые особенности КХД и каково их отношение к природе гравитации и пространства-времени?
• 19. Атомное ядро и ядерная астрофизика. Какова природа ядерных сил, которая связывает протоны и нейтроны в стабильные ядра и редкие изотопы? Какова причина соединения простых частиц в сложные ядра? Какова природа нейтронных звёзд и плотной ядерной материи? Каково происхождение элементов в космосе? Что такое ядерные реакции, которые движут звёзды и приводят к их взрывам?
• 20. Остров стабильности. Какое самое тяжёлое из стабильных или метастабильных ядер может существовать?
• 21. Квантовая механика и принцип соответствия (иногда называемый квантовым хаосом). Есть ли предпочтительные интерпретации квантовой механики? Как квантовое описание реальности, которое включает в себя такие элементы, как квантовая суперпозиция состояний и коллапс волновой функции или квантовая декогеренция, приводят к реальности, которую мы видим? Сформулировать то же самое можно с помощью проблемы измерения: что представляет собой «измерение», которое заставляет волновую функцию сваливаться в определённое состояние?
• 22. Физическая информация. Существуют ли физические феномены, такие как чёрные дыры или коллапс волновой функции, которые безвозвратно уничтожают информацию о своих предшествующих состояниях?
• 23. Теория всего («Теории Великого объединения»). Существует ли теория, которая объясняет значения всех фундаментальных физических констант? Существует ли теория, которая объясняет, почему калибровочная инвариантность стандартной модели такая, как она есть, почему наблюдаемое пространство-время имеет 3 + 1 измерения, и поэтому законы физики таковы, как они есть? Меняются ли с течением времени «фундаментальные физические константы»? Являются ли какие-нибудь частицы в стандартной модели физики элементарных частиц на самом деле состоящими из других частиц, связанных настолько сильно, что их невозможно наблюдать при современных экспериментальных энергиях? Существуют ли фундаментальные частицы, которые ещё не наблюдались, и если да, то какие они и каковы их свойства? Существуют ли ненаблюдаемые фундаментальные силы, которые предполагает теория, объясняющие другие нерешённые проблемы физики?
• 24. Калибровочная инвариантность. Существуют ли реально неабелевы калибровочные теории со щелью в спектре масс?
• 25. CP-симметрия. Почему не сохраняется CP-симметрия? Почему она сохраняется в большинстве наблюдаемых процессов?
• 26. Физика полупроводников. Квантовая теория полупроводников не может точно вычислить ни одной постоянной полупроводника.
• 27. Квантовая физика. Неизвестно точное решение уравнения Шредингера для многоэлектронных атомов.
• 28. При решении задачи о рассеянии двух пучков на одном препятствии сечение рассеяния получается бесконечно большим.
• 29. Фейнманиум: Что будет происходить с химическим элементом, атомный номер которого окажется выше 137, вследствие чего 1s 1 -электрону придётся двигаться со скоростью, превышающей скорость света (согласно модели атома Бора)? Является ли «Фейнманиум» последним химическим элементом, способным существовать физически? Проблема может проявиться приблизительно на 137 элементе, где расширение дистрибуции заряда ядра достигает финальной точки. Смотрите статью Расширенная периодическая таблица элементов и секцию Relativistic effects.
• 30. Статистическая физика. Отсутствует систематическая теория необратимых процессов, дающая возможность проводить количественные расчёты для любого заданного физического процесса.
• 31. Квантовая электродинамика. Существуют ли гравитационные эффекты, вызываемые нулевыми колебаниями электромагнитного поля? Неизвестно, как при вычислениях квантовой электродинамики в области высоких частот одновременно выполнить условия конечности результата, релятивистской инвариантности и суммы всех альтернативных вероятностей, равной единице.
• 32. Биофизика. Отсутствует количественная теория для кинетики конформационной релаксации белковых макромолекул и их комплексов. Отсутствует законченная теория электронного переноса в биологических структурах.
• 33. Сверхпроводимость. Невозможно теоретически предсказать, зная структуру и состав вещества, перейдёт ли оно в сверхпроводящее состояние с понижением температуры.

Реферат

по физике

на тему:

«Проблемы современной физики»

Начнем с проблемы, которая привлекает сейчас наибольшее внимание физиков, над которой, пожалуй, работает наибольшее количество исследователей и исследовательских лабораторий во всем мире, – это проблема атомного ядра и, в частности, как наиболее актуальная и важная ее часть – так называемая проблема урана.

Удалось установить, что атомы тол состоят 113сравнительно тяжелого положительно заряженного ядра, окруженного некоторым числом электронов. Положительный заряд ядра и отрицательные заряды окружающих его электронов компенсируют друг друга. В целом атом кажется нейтральным.

С 1913 почти до 1930 г. физики изучали самым тщательным образом свойства и внешние проявления той атмосферы электронов, которые окружают атомное ядро. Эти исследования привели к единой цельной теории, обнаружившей новые законы движения электронов в атоме, ранее нам неизвестные. Эта теория получила название квантовой, или волновой, теории материи. К ней мы еще вернемся.

Примерно с 1930 г. основное внимание было направлено на атомное ядро. Ядро нас особенно интересует, потому что в нем сосредоточена почти вся масса атома. А масса есть мера того запаса энергии, которой обладает данная система.

Каждый грамм любого вещества заключает в себе точно известную энергию и притом весьма значительную. Так, например, в стакане чаю, который весит примерно 200 г., заключено количество энергии, для получения которой нужно было бы сжечь около миллиона тонн угля.

Эта энергия находится именно в атомном ядре, потому что 0.999 всей энергии, всей массы тела заключает в себе ядра и только меньше 0.001 всей массы может быть отнесено к энергии электронов. Колоссальные запасы энергии, находящиеся в ядрах, несравнимы ни с какойформой энергии, какую мы знали до сих пор.

Естественно, заманчива надежда обладать этой энергией. Но для этого сначала нужно изучить ее, а затем найти пути для ее использования.

Но, кроме того, ядро интересует нас и по другим причинам. Ядро атома целиком определяет всю природу его, определяет его химические свойства и его индивидуальность.

Если железо отличается от меди, от углерода, от свинца, то различие это лежит именно в атомных ядрах, а не в электронах. Электроны у всех тел одни и те же, и любой атом может потерять часть своих электронов вплоть до того, что могут быть сорваны все электроны с атома. Пока цело и неизменно атомное ядро со своим положительным зарядом, оно всегда притянет к себе столько электронов, сколько необходимо для компенсации его заряда. Если в ядре серебра 47 зарядов, то оно всегда присоединит к себе 47 электронов. Поэтому, пока целю ядро, мы имеем дело с тем же самым элементом, с тем же самым веществом. Стоит изменить ядро, как из одного химического элемента получается другой. Только тогда осуществилась бы давняя и давно уже за безнадежностью оставленная мечта алхимии – превращения одних элементов в другие. На современном этапе истории эта мечта осуществилась, не совсем в тех формах и не теми результатами, которые ожидались алхимиками.

Что мы знаем об атомном ядре? Ядро в свою очередь состоит из еще более мелких составных частей. Эти составные части представляют собой простейшие известные нам в природе ядра.

Самое легкое и потому самое простое ядро – это ядро атома водорода. Водород – первый элемент периодической системы с атомным весом около 1. Ядро водорода входит в состав всех других ядер. Но, с другой стороны, легко видеть, что все ядра не могут состоять только из водородных ядер, как давно, уже более 100 лет назад, предполагал Проут.

Ядра атомов обладают определенной массой, которая дается атомным весом, и определенным зарядом. Заряд ядра задает тот номер, который данный элемент занимает в периодической системе Менделеева.

Водород в этой системе – первый элемент: у пего один положительный заряд и один электрон. Второй по порядку элемент имеет ядро с двойным зарядом, третий – с тройным и т.д. вплоть до самого последнего и самого тяжелого из всех элементов – урана, ядро которого имеет 92 положительных заряда.

Менделеев, систематизируя громадный опытный материал в области химии, создал периодическую систему. Он, конечно, не подозревал в то время о существовании ядер, но не думал, что порядок элементов в созданной им системе определяется просто зарядом ядра и ничем больше. Оказывается, что эти две характеристики атомных ядер – атомный вес и заряд – не соответствуют тому, что мы могли бы ожидать, исходя из гипотезы Проута.

Так, второй элемент – гелий имеет атомный вес 4. Если он состоит из 4 ядер водорода, то и заряд его должен был бы быть 4, а между тем заряд его 2, потому что это второй элемент. Таким образом, нужно думать, что в гелии всего 2 ядра водорода. Ядра водорода мы называем протонами. Но у кроме того, в ядре гелия есть еще 2 единицы массы, которые заряда не имеют. Вторую составную часть ядра приходится считать незаряженным ядром водорода. Приходится различать ядра водорода, обладающие зарядом, или протоны, и ядра, не обладающие совсем электрическим зарядом, нейтральные, их мы называем нейтронами.

Все ядра состоят из протонов и нейтронов. В гелии 2 протона и 2 нейтрона. В азоте 7 протонов и 7 нейтронов. В кислороде 8 протонов и 8 нейтронов, в углероде С протонов и 6 нейтронов.

Но дальше эта простота несколько нарушается, число нейтронов становится все больше и больше но сравнению с числом протонов, и в самом последнем элементе – уране имеется 92 заряда, 92 протона, а атомный вес его 238. Следовательно, к 92 протонам прибавлено еще 146 нейтронов.

Конечно, нельзя думать, что то, что мы знаем в 1940 г., есть уже исчерпывающее отображение реального мира и многообразие заканчивается на этих частицах, которые являются элементарными в буквальном смысле слова. Понятие элементарности означает только определенный этап в нашем проникновении в глубь природы. На данном этапе мы знаем, однако, состав атома лишь вплоть до этих элементов.

Эта простая картина па самом деле была выяснена не так легко. Пришлось преодолеть целый ряд затруднений, целый ряд противоречий, которые и момент своего выявления казались безвыходными, но которые, как всегда в истории науки, оказались только различными сторонами более общей картины, представлявшей собою синтез того, что казалось противоречием, и мы переходили к следующему, более глубокому пониманию проблемы.

Важнейшим из этих затруднений оказалось следующее: в самом начале нашего столетия было уже известно, что из недр радиоактивных атомов (о ядре тогда еще не подозревали) вылетают б-частицы (они оказались ядрами гелия) и в-частицы (электроны). Казалось, то, что вылетает из атома, это и есть то, из чего он состоит. Следовательно, казалось, ядра атомов состоят из ядер гелия и электронов.

Ошибочность первой части этого утверждения ясна: очевидно, что невозможно составить ядро водорода из вчетверо более тяжелых ядер гелия: часть не может быть больше целого.

Оказалась неверной и вторая часть этого утверждения. Электроны действительно вылетают при ядерных процессах, и тем не менее электронов в ядрах нет. Казалось бы, здесь – логическое противоречие. Так ли это?

Мы знаем, что атомы испускают свет, световые кванты (фотоны).

Что же эти фотоны запасены в атоме в виде света и ждут момента для вылета? Очевидно, нет. Мы понимаем испускание света таким образом, что электрические заряды в атоме, переходя из одного состояния в другое, освобождают некоторое количество энергии, которая переходит в форму лучистой энергии, распространяющейся в пространстве.

Аналогичные соображения можно высказать и относительно электрона. Электрон по целому ряду соображений не может находиться в атомном ядре. Но он не может и создаваться в ядре, как фотон, потому что обладает отрицательным электрическим зарядом. Твердо установлено, что электрический заряд так же, как и энергия и материя в целом, остается неизменным; общее количество электричества нигде не создается и нигде не исчезает. Следовательно, если уносится отрицательный заряд, то ядро получает равный ему положительный заряд. Процесс испускания электронов сопровождается изменением заряда ядра. Но ядро состоитиз протопоп и нейтронов, значит, один из незаряженные нейтронов превратился в положительно заряженный протон.

Отдельный отрицательный электрон не может ни возникнуть, ни исчезнуть. Но два противоположных заряда могут при достаточном сближении взаимно скомпенсировать друг друга или даже совсем исчезнуть, выделив свой запас энергии в виде лучистой энергии (фотонов).

Какие же это положительные заряды? Удалось установить, что, кроме отрицательных электронов, в природе наблюдаются и могут быть созданы средствами лабораторий и техники положительные заряды, которые по всем своим свойствам: по массе, по величине заряда вполне соответствуют электронам, но только имеют положительный заряд. Такой заряд мы называем позитроном.

Таким образом, мы различаем электроны (отрицательные) и позитроны (положительные), отличающиеся только противоположным знаком заряда. Вблизи ядер могут происходить как процессы соединения позитронов с электронами, так и расщепления на электрон и позитрон, причем электрон уходит из атома, а позитрон входит в ядро, превращая нейтрон в протон. Одновременно с электроном уходит и незаряженная частица – нейтрино.

Наблюдаются и такие процессы в ядре, при которых электрон передает свой заряд ядру, превращая протон в нейтрон, а позитрон вылетает из атома. Когда из атома вылетает электрон, заряд ядра увеличивается на единицу; когда вылетает позитрон или протон, заряд и номер в периодической системе уменьшается на одну единицу.

Все ядра построены из заряженных протонов и незаряженных нейтронов. Спрашивается, какими силами они сдерживаются в атомном ядре, что их связывает между собой, что определяет построение различных атомных ядер из этих элементов?

Любая физическая теория, которая противоречит

существованию человека, очевидно неверна.

П. Девис

Что нам требуется, так это дарвиновский взгляд на физику, эволюционный взгляд на физику, биологический взгляд на физику.

И. Пригожин

До 1984 г. большинство учёных верили в теорию суперсимметрии (супергравитации, суперсилы) . Суть её в том, что все частицы (частицы вещества, гравитоны, фотоны, бозоны и глюоны) – разные виды одной “суперчастицы”.

Эта “суперчастица” или “суперсила” с понижением энергии предстаёт перед нами в разных ипостасях, как сильное и слабое взаимодействия, как электромагнитная и гравитационная силы. Но сегодня в эксперименте ещё не достигли энергий для проверки данной теории (нужен циклотрон размерами с Солнечную систему), проверка же на компьютере заняла бы более 4 лет. С. Вайнберг считает, что физика вступает в эру, когда эксперименты уже не в состоянии пролить свет на фундаментальные проблемы (Девис 1989; Хокинг 1990: 134; Налимов 1993: 16).

В 80-х гг. становится популярной струнная теория . Под редакцией П. Девиса и Дж. Брауна в 1989 г. выходит книга с характерным названием Сверхструны: теория всего ? Согласно теории, микрочастицы – не точечные объекты, а тонкие кусочки струны, определяемые длиной и открытостью. Частицы – волны, бегущие по струнам, как волны по верёвке. Испускание частицы – соединение, поглощение частицы-переносчика – разъединение. Солнце действует на Землю через гравитон, бегущий по струне (Хокинг 1990: 134-137).

Теория квантового поля поместила наши размышления о природе материи в новый контекст, разрешила проблему пустоты. Она заставила нас перевести взгляд с того, что “можно увидеть”, то есть частиц, на невидимое, то есть поле. Присутствие материи есть всего лишь возбуждённое состояние поля в данной точке. Придя к понятию квантового поля, физика нашла ответ на старый вопрос о том, из чего же состоит вещество – из атомов или континуума, лежащего в основе всего. Поле есть континуум, пронизывающий всё Пр, который, тем не менее, имеет протяжённую, как бы “гранулярную”, структуру в одном из своих проявлений, то есть в форме частиц. Теория квантового поля современной физики изменила представления о силах, помогает в решении проблем сингулярности и пустоты:

в субатомной физике нет сил, действующих на расстоянии, их заменяют взаимодействия между частицами, происходящие через посредство полей, то есть других частиц, не сила, а взаимодействие;

необходимо отказаться от противопоставления “материальные” частицы – пустота; частицы связаны с Пр и не могут рассматриваться в отрыве от него; частицы оказывают влияние на структуру Пр, они являются не самостоятельными частицами, а, скорее сгустками в беспредельном поле, пронизывающем всё Пр;

наша Вселенная рождается из сингулярности, вакуумной неустойчивости;

поле существует всегда и везде: оно не может исчезнуть. Поле есть проводник для всех материальных явлений. Это “пустота”, из которой протон создаёт π-мезоны. Возникновение и исчезновение частиц – лишь формы движения поля. Теория поля утверждает, что рождение частиц из вакуума и превращение частиц в вакуум происходят постоянно . Большинство физиков считают открытие динамической сущности и самоорганизации вакуума одним из важнейших достижений современной физики (Капра 1994: 191-201).

Но есть и нерешённые проблемы: обнаружено сверхточное самосогласование вакуумных структур, через которые выражаются параметры микро-частиц. Вакуумные структуры должны быть согласованы с точностью до 55-ого знака после запятой. За этой самоорганизацией вакуума стоят неизвестные нам законы нового типа. Антропный принцип 35 и есть следствие этой самоорганизации, суперсилы.

Теория S-матрицы описывает адроны, ключевое понятие теории было предложено В. Гейзенбергом, на этой основе учёные построили математическую модель для описания сильных взаимодействий. S-матрица получила своё название потому, что всю совокупность адронных реакций представили в виде бесконечной последовательности ячеек, которая в математике называется матрицей. Буква “S” сохранилась от полного названия этой матрицы – матрица рассеивания (scattering) (Капра 1994: 232-233).

Важным нововведением этой теории является то, что она переносит акценты с объектов на события, исследуются не частицы, а реакции частиц. По Гейзенбергу, мир делится не на различные группы объектов, а на различные группы взаимопревращений. Все частицы понимаются как промежуточные стадии в сети реакций. Например, нейтрон оказывается звеном в огромной сети взаимодействий, сети “переплетения событий”. Взаимодействия в такой сети не могут быть определены со стопроцентной точностью. Им можно приписать только вероятностные характеристики.

В динамическом контексте нейтрон может рассматриваться в качестве “связанного состояния” протона (р) и пиона (), из которых он образовался, а также в качестве связанного состояния частиц  и , которые образуются в результате его распада. Адронные реакции представляют собой поток энергии, в котором возникают и “исчезают” частицы (Капра 1994: 233-249).

Дальнейшее развитие теории S-матрицы привело к созданию бутстрэпной гипотезы , которую выдвинул Дж. Чу. Согласно гипотезе бутстрэпа, ни одно из свойств любого участка Вселенной не имеет фундаментального характера, все они обусловлены свойствами остальных участков сети, общая структура которой определяется универсальной согласованностью всех взаимосвязей.

Эта теория отрицает фундаментальные сущности (“кирпичики” материи, константы, законы, уравнения), Вселенная понимается как динамическая сеть взаимосвязанных событий.

В противоположность большинству физиков, Чу не мечтает о единственном решающем открытии, он видит свою задачу в медленном и постепенном создании сети взаимосвязанных понятий, ни одно из которых не является более фундаментальным, чем другие. В бутстрэпной теории частиц нет непрерывного Пр-Вр. Физическая реальность описывается в терминах изолированных событий, причинно связанных, но не вписанных в непрерывное Пр-Вр. Гипотеза бутстрэпа настолько чужда традиционному мышлению, что принимается меньшинством физиков. Большинство ищут фундаментальные составляющие материи (Капра 1994: 258-277, 1996: 55-57).

Теории атомной и субатомной физики выявили принципиальную взаимосвязанность различных аспектов существования материи, обнаружив, что энергия может переходить в массу, и, предположив, что частицы представляют собой скорее процессы, чем объекты.

Хотя поиск элементарных составляющих материи продолжается до сих пор, в физике представлено другое направление, исходящее из того, что строение мироздания нельзя сводить к каким-либо фундаментальным, элементарным, конечным единицам (фундаментальные поля, “элементарные” частицы). Природу следует понимать в самосогласованности. Эта идея возникла в русле теории S-матрицы, а в дальнейшем легла в основу гипотезы бутстрэпа (Налимов 1993: 41-42; Капра 1994: 258-259).

Чу надеялся осуществить синтез принципов квантовой теории, теории относительности (понятия макроскопического Пр-Вр), характеристик наблюдения и измерения на основе логической связности своей теории. Похожую программу разрабатывал Д. Бом и создал теорию имплицитного порядка . Он ввёл термин холодвижение , который используется для обозначения основы материальных сущностей и принимает во внимание как единство, так и движение. Начальной точкой для Бома является понятие “неделимой целостности”. Космической ткани присущ имплицитный, свёрнутый порядок, который можно описывать, пользуясь аналогией голограммы, в которой каждая часть содержит целое. Если осветить каждую часть голограммы, будет восстановлен весь образ. Некое подобие импликативного порядка свойственно и сознанию, и материи, поэтому он может способствовать связи между ними. В сознании, может быть, свёрнут весь материальный мир (Бом 1993: 11; Капра 1996: 56)!

Концепции Чу и Бома предполагают включение сознания в общую связь всего сущего. Доведённые до своего логического завершения, они предусматривают, что существование сознания, наряду с существованием всех остальных аспектов природы, необходимо для самосогласованности целого (Капра 1994: 259, 275).

Так философская проблема сознание–материя (проблема наблюдателя, проблема связи семантического и физического миров) становится серьёзной проблемой физики, “ускользая” от философов, об этом можно судить на основании:

возрождения идей панпсихизма при попытке объяснить поведение микрочастиц, Р. Фейнман пишет 36 , что частица “решает”, “пересматривает”, “обнюхивает”, “чует”, “идёт верным путём” (Фейнман и др. 1966: 109);

невозможности в квантовой механике разделить субъект и объект (В. Гейзенберг);

сильного антропного принципа в космологии, предполагающего сознательное сотворение жизни, человека (Д. Картер);

гипотез о слабых формах сознания, космическом сознании (Налимов 1993: 36-37, 61-64).

Физики пытаются включить сознание в картину физического мира. В книге П. Девиса, Дж. Брауна Дух в атоме говорится о роли процесса измерения в квантовой механике. Наблюдение мгновенно изменяет состояние квантовой системы. Изменение ментального состояния экспериментатора вступает в обратную связь с лабораторной аппаратурой и,  , с квантовой системой, изменяя её состояние. По Дж. Джинсу, природа и наш математически мыслящий ум работают по одним и тем же законам. В.В. Налимов находит параллели в описании двух миров, физического и семантического:

нераспакованный физический вакуум – возможность спонтанного рождения частиц;

нераспакованный семантический вакуум – возможность спонтанного рождения текстов;

распаковка вакуума есть рождение частиц и создание текстов (Налимов1993:54-61).

В.В. Налимов писал о проблеме раздробленности науки. Надо будет освободиться от локальности описания мироздания, при котором учёный оказывается озабоченным изучением некоего явления только в рамках своей узкой специальности. Существуют процессы, протекающие сходным образом на разных уровнях Универсума и нуждающиеся в едином, сквозном описании (Налимов 1993: 30).

Но пока современная физическая картина мира принципиально не завершена: самая сложная проблема физики – проблема объединения частных теорий, например, теория относительности не включает принцип неопределённости, теория гравитации не входит в теорию 3-х взаимодействий, в химии не учитывают строение ядра атома.

Не решена и проблема объединения в рамках одной теории 4 типов взаимодействий. До 30-х гг. считали, что существуют 2 типа сил на макроуровне – гравитационные и электромагнитные, но открыли слабое и сильное ядерные взаимодействия. Был открыт мир внутри протона и нейтрона (порог энергий выше, чем в центре звёзд). Будут ли открыты другие “элементарные” частицы?

Проблема объединения физических теорий связана с проблемой достижения высоких энергий . С помощью ускорителей вряд ли удастся возвести мост через пропасть планковской энергии (выше, чем 10 18 гига электрон-вольт) и того, что достигают сегодня в лаборатории в обозримом будущем.

В математических моделях теории супергравитации возникает проблема бесконечностей . В уравнениях, описывающих поведение микрочастиц, получаются бесконечные числа. Есть и другой аспект данной проблемы – старые философские вопросы: конечен или бесконечен мир в Пр-Вр? Если Вселенная расширяется из сингулярности планковских размеров, то куда она расширяется – в пустоту или происходит растяжение матрицы? Что окружало сингулярность – эту бесконечно маленькую точку до начала инфляции или наш мир “отпочковался” от Мегавселенной?

В струнных теориях тоже сохраняются бесконечности, но возникает проблема многомерности Пр-Вр, например, электрон – это малая вибрирующая струна планковской длины в 6-мерном и даже в 27-мерном Пр. Существуют и другие теории, согласно которым наше Пр на самом деле не 3-мерно, а, например, 10-мерно. Предполагается, что во всех направлениях, кроме 3 (х, у, z), Пр как бы свёрнуто в очень тонкую трубочку, “скомпактифицировано”. Поэтому мы можем двигаться лишь в 3 разных, независимых направлениях и Пр представляется нам 3-мерными. Но почему, если есть иные меры, развернулись только 3 Пр и 1 Вр меры? С. Хокинг иллюстрирует путешествие в разных измерениях примером бублика: 2-мерный путь по поверхности бублика длиннее пути через третье, объёмное измерение (Линде 1987: 5; Хокинг 1990: 138).

Другой аспект проблемы многомерности – проблема иных, не одномерных для нас миров. Существуют ли параллельные Вселенные 37 , неодномерные нам, и, наконец, могут ли существовать иные, неодномерные для нас формы жизни, разума? Теория струн допускает существование иных миров во Вселенной, существование 10- или 26-мерное Пр-Вр. Но если существуют иные меры, почему мы их не замечаем?

В физике и во всей науке возникает проблема создания универсального языка : наши обычные понятия не могут быть применены к строению атома. На абстрактном искусственном языке физики, математики процессы, паттерны современной физики не описываются. Что означают такие характеристики частиц как “очарованный” или “странный” ароматы кварков или “шизоидные” частицы? Это один из выводов книги Дао физики Ф. Капры. Какой же выход: вернуться к агностицизму, восточной мистической философии?

Гейзенберг считал: математические схемы адекватнее отражают эксперимент, чем искусственный язык, обычные понятия не могут быть применены к строению атома, Борн писал о проблеме символов для отражения реальных процессов (Гейзенберг 1989: 104-117).

Может быть, попытаться вычислить базисную матрицу естественного языка (вещь – связь – свойство и атрибут), то, что будет инвариантно к любым артикуляциям и, не критикуя многообразие искусственных языков, попытаться “заставить” говорить на одном общем естественном языке? Стратегическая роль синергетики и философии в решении проблемы создания универсального языка науки рассматривается в статье Диалектическая философия и синергетика (Федорович 2001: 180-211).

Создание единой физической теории и теории УИ, единой Э человека и природы является предельно сложной задачей науки. Один из важнейших вопросов современной философии науки: предопределёно ли наше будущее и какова наша роль. Если мы часть природы, можем ли мы играть какую-то роль в формировании мира, который находится в процессе строительства?

Если Вселенная едина, то может ли существовать единая теория реальности? С. Хокинг рассматривает 3 варианта ответа.

Единая теория существует, и мы её когда-нибудь создадим. Так думал И. Ньютон; М. Борн в 1928 г. после открытия П. Дираком уравнения для электрона, написал: физика через полгода кончится.

Теории постоянно уточняются и совершенствуются. С позиций эволюционной эпистемологии, научный прогресс – совершенствование когнитивной компетенции вида Homo Sapiens (К. Халвег). Все научные понятия и теории – это лишь приближения к истинной природе реальности, значимые лишь для определённого диапазона явлений. Э научного знания есть последовательная смена моделей, но ни одна модель не окончательна.

До сих пор не решён парадокс эволюционной картины мира: нисходящее направление Э в физике и восходящая тенденция усложнения в биологии. Несовместимость физики и биологии обнаружилась в ХIХ в., сегодня наметилась возможность разрешения коллизии физика–биология: эволюционное рассмотрение Вселенной в целом, трансляция эволюционного подхода в физику (Стёпин, Кузнецова 1994: 197-198; Хазен 2000).

И. Пригожин, которого Э. Тоффлер в предисловии книги Порядок из хаоса назвал Ньютоном ХХ в., говорил в одном из интервью о необходимости ввести в физику идеи необратимости, истории. Классическая наука описывает стабильность, равновесие, но существует другой мир – нестабильный, эволюционный, нужны другие слова, другая терминология, которой не существовало во Вр Ньютона. Но даже после Ньютона и Эйнштейна у нас нет чёткой формулы сущности мира. Природа очень сложное явление и мы – неотъемлемая часть природы, часть Вселенной, которая находится в постоянном саморазвитии (Хорган 2001: 351).

Возможные перспективы развития физики следующие: завершение построения единой физической теории, описывающей 3-хмерный физический мир и проникновение в иные Пр-Вр измерения; изучение новых свойств материи, видов излучения, энергии и скоростей, превышающих скорость света (торсионное излучение) и открытие возможности мгновенного перемещения в Метагалактике (в ряде теоретических работ показана возможность существования топологических туннелей, соединяющих любые области Метагалактики, МВ); установление связи физический мир – семантический мир, что попытался сделать В.В. Налимов (Гиндилис 2001: 143-145).

Но главное, что предстоит сделать физикам: включить в свои теории эволюционную идею. В физике второй половины ХХ в. утверждается понимание сложности микро- и мегамиров. Изменяется и представление об Э физической Вселенной: нет существующего без возникающего . Д. Хорган приводит такие слова И. Пригожина: мы не отцы времени. Мы – дети времени. Мы появились в результате эволюции. То, что нам требуется сделать, – это включить эволюционные модели в наши описания. Что нам требуется, так это дарвиновский взгляд на физику, эволюционный взгляд на физику, биологический взгляд на физику (Пригожин 1985; Хорган 2001: 353).

Аронов Р.А., Шемякинский В.М. Два подхода к проблеме взаимоотношения геометрии и физики // Философия науки. Вып. 7: Формирование современной естественнонаучной парадигмы – М.: , 2001

В современной физике господствует мнение, которое наиболее отчетливо выразил В.Гейзенберг в статье «Развитие понятий в физике ХХ столетия»: эйнштейновский подход к проблеме взаимоотношения геометрии и физики «переоценил возможности геометрической точки зрения. Гранулярная структура материи является следствием квантовой теории, а не геометрии; квантовая же теория касается очень фундаментального свойства нашего описания Природы, которое не содержалось в эйнштейновской геометризации силовых полей» .

Разумеется, можно спорить о том, переоценил эйнштейновский подход возможности геометрической точки зрения или не переоценил. Но представляется бесспорным, что утверждение Гейзенберга : «гранулярная структура материи является следствием квантовой теории, а не геометрии», – является неточным. Материя обладает структурой до, вне и независимо от какой бы то ни было теории. Что же касается геометрии, то хотя из контекста статьи Гейзенберга неясно, о чем именно идет речь – о гносеологическом аспекте проблемы (о геометрии как о фрагменте математики или же об онтологическом (о геометрии реального пространства), однако и в том, и в другом случае структура материи не является следствием геометрии. В первом – по той же причине, по какой она не является следствием квантовой теории. Во втором – потому, что сама геометрия реального пространства является одним из аспектов структуры материи .

Верно, конечно, что квантовая теория отражает такие свойства природы, информация о которых не содержалась в эйнштейновской геометризации силовых полей. Но ведь геометрическая точка зрения и та конкретная форма, в которой она представлена в эйнштейновской попытке геометризации силовых полей, – это отнюдь не одно и то же. В конечном счете именно последнее обстоятельство обусловило то, что успешная реализация геометрической точки зрения в общей теории относительности (ОТО) стимулировала поиски физической теории, которая по метрическим и топологическим свойствам реального пространства и времени могла бы воссоздать (и тем самым объяснить) поведение и свойства элементарных частиц.

квантовые явления. Большинство физиков, несомненно, ответят убежденным «нет», ибо они считают, что квантовая проблема должна решаться принципиально иным путем. Как бы то ни было, нам остаются в утешение слова Лессинга: «Стремление к истине ценнее, дороже уверенного обладания ею» .

Действительно, сами по себе математические трудности не могут служить аргументом против того направления в развитии физики, которого придерживался Эйнштейн . С аналогичными трудностями сталкиваются и другие направления, поскольку (как это отметил и Эйнштейн) физика с необходимостью переходит от линейных теорий к существенно нелинейным. Главная проблема заключается в том, может ли геометризнованная полевая картина физического мира объяснить атомистическую структуру вещества и излучения, а также квантовые явления, может ли она в принципе быть достаточной основой для адекватного отражения квантовых явлений. Нам представляется, что историко-научный и философский анализ тех потенций, которые содержатся в подходах Пуанкаре и Эйнштейна , может пролить свет на некоторые аспекты этой проблемы.

Широко известна замечательная фраза П.С.Лапласа о том, что человеческий разум встречает меньше трудностей, когда он продвигается вперед, чем тогда, когда он углубляется в самого себя. Но продвижение вперед так или иначе связано с углублением разума в самого себя, с изменением оснований, стиля и методов, с пересмотром ценностно-целевых установок научного познания, с переходом от привычной парадигмы к новой, более сложной и именно в силу этого способной восстановить утраченное соответствие разума и действительности.

Одним из первых шагов на этом пути, как известно, стало внеэмпирическое обоснование неевклидовых геометрий, данное «Эрлангенской программой» Ф.Клейна, явившееся одной из предпосылок освобождения физического мышления от пут пространственной картины мира и понимания геометрического описания не как описания арены физических процессов, а как адекватного объяснения динамики физического мира. Это переосмысление роли геометрии в физическом познании привело в конечном счете к построению программы геометризации физики. Однако путь к этой программе лежал через конвенционализм Пуанкаре , распространившего инвариантно-групповой метод Клейна на физику.

В решении проблемы соотношения геометрии и физики Пуанкаре опирался на концепцию «Эрлангенской программы», исходя из представления о геометрии как абстрактной науке, которая сама по

себе не отражает законов внешнего мира: «Математические теории не имеют целью открыть нам истинную природу вещей; такая претензия была бы безрассудной. Единственная цель их – систематизировать физические законы, которые мы узнаем из опыта, но которых мы не могли бы даже и выразить без помощи математики» .

При таком подходе геометрия явно ускользает от опытной проверки: «Если справедлива геометрия Лобачевского, то параллакс очень удаленной звезды будет конечным; если справедлива геометрия Римана, то он будет отрицательным. Эти результаты, по-видимому, допускают опытную проверку; и можно было надеяться, что астрономические наблюдения могут решить выбор между тремя геометриями. Но то, что в астрономии называется прямой линией, есть просто траектория светового луча. Если, следовательно, сверх ожидания, удалось бы открыть отрицательные параллаксы или доказать, что все параллаксы больше известного предела, то представлялся бы выбор между двумя заключениями: мы могли бы или отказаться от евклидовой геометрии, или изменить законы оптики и допустить, что свет распространяется не в точности по прямой линии» .

Исходную посылку физического познания – физика изучает материальные процессы в пространстве и времени – Пуанкаре интерпретирует не как отношение вложения (пространство и время, по Ньютону , являются вместилищами материальных процессов), а как отношение между двумя классами понятий: геометрическими, которые непосредственно в опыте не проверяются, и собственно физическими, логически зависящими от геометрических, но сопоставимыми с результатами опытов. Для Пуанкаре единственным объектом физического познания являются материальные процессы, а пространство интерпретируется как абстрактное многообразие, являясь предметом математического исследования. Как геометрия сама по себе не изучает внешний мир, так физика не изучает абстрактное пространство. Но без отношения к геометрии невозможно понять физические процессы. Геометрия – это предпосылка физической теории, независимая от свойств описываемого объекта.

В эксперименте проверяются лишь совместно геометрия (Г) и физические законы (Ф), и, следовательно, возможно произвольное деление на (Г) и (Ф) в рамках одних и тех же экспериментальных фактов. Отсюда конвенционализм Пуанкаре : неопределенное отношение геометрии к опыту ведет к отрицанию онтологического статуса как геометрии, так и физических законов и интерпретации их как условных соглашений.

При построении специальной теории относительности (СТО) Эйнштейн исходил из критического отношения к классическому представлению о материи как веществе. Такой подход определил интерпретацию постоянства скорости света как атрибутивной характеристики поля. С точки зрения Эйнштейна не принцип постоянства

скорости света нуждается в механическом обосновании, а он вынуждает к критическому пересмотру понятий классической механики. Такая гносеологическая постановка проблемы привела к осознанию произвольности предположений об абсолютных пространстве и времени, на которых основывается кинематика классической механики. Но если для Пуанкаре произвольность этих предположений очевидна, то для Эйнштейна она – следствие ограниченности повседневного опыта, на котором основываются эти предположения. Для Эйнштейна бессмысленно говорить о пространстве и времени безотносительно к тем физическим процессам, которые только и придают им конкретное содержание. Поэтому физические процессы, которые не могут быть объяснены на основе привычных классических представлений о пространстве и времени без дополнительных искусственных гипотез, должны вести к пересмотру этих представлений.

Таким образом, опыт участвует в решении проблемы Пуанкаре : «Как раз те обстоятельства, которые причиняли нам раньше мучительные затруднения, и выводят нас на правильный путь после того, как мы получим больше свободы действий, отказавшись от указанных произвольных предположений. Оказывается, что как раз те два, на первый взгляд, несовместимых постулата, на которые указывает нам опыт, а именно: принцип относительности и принцип постоянства скорости света, приводят к вполне определенному решению проблемы преобразований координат и времени» . Следовательно, не сведение к привычному, а критическое отношение к нему, навеянное опытом, является условием корректного решения физической проблемы. Именно такой подход дал возможность Эйнштейну придать преобразованиям Лоренца адекватный физический смысл, которого не заметили ни Лоренц , ни Пуанкаре : первому мешала гносеологическая установка метафизического материализма, основанная на некритическом отношении к физической реальности, второму – конвенционализм , совмещающий критическое отношение к пространственно-временным представлениям классической механики с некритическим отношением к ее представлению о материи.

«Эмансипация понятия поля от предположения о его связи с механическим носителем нашла отражение в психологически наиболее интересных процессах развития физической мысли», – писал Эйнштейн в 1952 году, вспоминая процесс становления СТО . Начиная с работ М.Фарадея и Дж.К.Максвелла и кончая работами Лоренца и Пуанкаре , сознательной целью физиков было стремление укрепить механическую основу физики, хотя объективно этот процесс вел к формированию независимого представления о поле.

римановой концепции геометрии с переменной метрикой. Идея Римана о связи метрики с физическими причинами содержала в себе реальную возможность построения физической теории, исключающей представление о пустом пространстве, обладающем заданной метрикой и способном воздействовать на материальные процессы, не подвергаясь обратному действию.

Непосредственно воплощая в физической теории эту идею Римана, используя риманову геометрию, исключающую физический смысл координат, ОТО как раз и дает физическую интерпретацию римановой метрики: «Согласно общей теории относительности, метрические свойства пространства-времени причинно не зависят от того, чем это пространство-время наполнено, но определены этим последним» . При таком подходе пространство как нечто физическое с заранее заданными геометрическими свойствами вообще исключается из физического представления реальности. Устранение причинной зависимости между материей и пространством и временем отнимало у «пространства и времени последний остаток физической предметности» . Но это не означало отрицание их объективности: «Пространство и время были лишены... не своей реальности, а своей каузальной абсолютности (влияющее, но не поддающееся влиянию)» . ОТО доказывала объективность пространства и времени, установив однозначную связь между геометрическими характеристиками пространства и времени и физическими характеристиками гравитационных взаимодействий.

Построение ОТО существенным образом основывается на философском положении о первичности материи по отношению к пространству и времени: «В соответствии с классической механикой и согласно специальной теории относительности, пространство (пространство-время) существует независимо от материи (т.е. вещества – Р.А., В.Ш.) или поля... С другой стороны, согласно общей теории относительности, не существует отдельно пространство, как нечто противоположное «тому, что заполняет пространство»... Пустое пространство, т.е. пространство без поля, не существует. Пространство-время существует не само по себе, но только как структурное свойство поля» . Таким образом, отрицание пустого пространства у Эйнштейна выполняет конструктивную роль, так как связано с введением полевого представления в физическую картину мира. Поэтому Эйнштейн подчеркивает, что ход мыслей, приведший к построению ОТО, «существенно основан на понятии поля как независимом понятии» . Этим подход автора ОТО отличается не только

В решении проблемы соотношения геометрии и физики в рамках конвенционализма следует различать два аспекта. С одной стороны, язык геометрии необходим для формулировки физических законов. С другой стороны, геометрическая структура не зависит от свойств физической реальности. Для Пуанкаре неважно, какова используемая в физике геометрия; важно лишь то, что без нее невозможно выразить физические законы. Такое понимание роли геометрии в физике ведет к отрицанию ее познавательной функции, а это для Эйнштейна неприемлемо. Для него выбор геометрии при построении физической теории подчинен высшей цели физики – познанию материального мира. Переход от евклидовой геометрии к геометрии Минковского, а от последней к геометрии Римана при переходе от классической механики к СТО, а затем к ОТО был обусловлен не только и не столько осознанием тесной связи используемой геометрии в физике с проблемой физической реальности. С точки зрения Эйнштейна , геометрия в физике не только определяет структуру физической теории, но и определяется структурой физической реальности . Только совместное выполнение физической геометрией этих двух функций позволяет избежать конвенционализма .

«В силу естественного отбора, – писал Пуанкаре , – наш ум приспособился к условиям внешнего мира, он усвоил себе геометрию наиболее выгодную для вида, или, другими словами, наиболее удобную... Геометрия не истинна, а только выгодна» . Ум человека, действительно, приспособился к условиям внешнего мира, в том числе к метрическим свойствам реальных пространства и времени соответствующей области внешнего мира и поэтому усвоил себе ту геометрию, которая оказалась адекватной действительности и лишь вследствие этого более удобной . Другое дело геометрия как элемент теории. Она может отражать метрические свойства реальных пространства и времени, а может и не отражать их, но быть геометрией некоего абстрактного пространства, с помощью которого в теории воссоздаются свойства материальных взаимодействий. В первом случае решается вопрос о ее истинности или ложности, во втором – о ее выгодности. Абсолютизация второго решения, сведение к нему проблемы взаимоотношения геометрии и реальности – следствие неправомерного отождествления абстрактного пространства и реальных пространства и времени (одного из проявлений того, что впоследствии получило название пифагорейского синдрома – отождествления

тех или иных элементов математического аппарата теории с соответствующими элементами реальности, существующими до, вне и независимо от какой бы то ни было теории) .

По существу, именно об этом пишет Эйнштейн в статье «Геометрия и опыт», отмечая, что подход Пуанкаре к проблеме взаимоотношения геометрии и физики исходит из того, что «о поведении реальных вещей геометрия (Г) ничего не говорит», в ней «непосредственная связь между геометрией и физической реальностью оказывается уничтоженной» . Все остальные суждения – о том, что «это поведение описывает только геометрия вместе с совокупностью физических законов (Ф)... что только сумма (Г)+(Ф) является предметом проверки на опыте», что «можно произвольно выбирать как (Г), так и отдельные части (Ф)» – как нетрудно понять, вытекают из этих исходных посылок. Однако обе они ложны. Геометрия реального пространства «говорит» о поведении реальных вещей, метрические свойства пространства и времени и свойства соответствующих материальных взаимодействий связаны друг с другом в объективной действительности. В физической теории по метрическим свойствам пространства и времени некоторой пространственно-временной области объективной действительности судят о соответствующих свойствах господствующих в этой области материальных взаимодействий, по геометрии судят о физике, по (Г) судят о (Ф).

Однако процесс воссоздания свойств материальных взаимодействий по соответствующим метрическим свойствам пространства и времени – не экспериментальная, а чисто теоретическая процедура. Как чисто теоретическая процедура она в принципе не отличается от процесса воссоздания в теории этих же свойств материальных взаимодействий с помощью метрических свойств не реальных пространства и времени, а соответствующих подходящим образом организованных абстрактных пространств. Отсюда, с одной стороны, а) иллюзия о том, что только сумма (Г) и (Ф) является предметом проверки на опыте, что теоретик может произвольно выбирать геометрию как фон для изучения материальных взаимодействий; с другой стороны, б) рациональное зерно концепции взаимоотношения геометрии и физики Пуанкаре : геометрии как компоненты теории, с помощью которых теоретик воссоздает свойства материальных взаимодействий, действительно могут быть различными, и в этом смысле теория содержит в себе элемент конвенциональности.

произвольно выбирать геометрию в теории, мы выбираем ее всегда таким образом, чтобы с помощью соответствующей геометрии (Г) воссоздать в теории свойства реальных взаимодействий (Ф). Во-вторых, потому, что вопрос о том, какая из геометрий, с помощью которых в теории воссоздаются свойства материальных взаимодействий, адекватно представляет в ней метрические свойства реальных пространства и времени, внутри теории решен быть не может; он выходит за пределы теории, в область эксперимента. И в этом все дело.

Апелляция к идее «удивительной простоты» при ближайшем рассмотрении оказывается весьма сложным аргументом. Уж е Эйнштейн , критикуя принцип простоты Пуанкаре , который он использовал для обоснования выбора евклидовой геометрии при построении физической теории, отметил, что «существенно не то, что одна лишь геометрия устроена наиболее простым образом, а то, что наиболее простым образом устроена вся физика (в том числе геометрия)» .

В статье Я.Б.Зельдовича и Л.П.Грищука «Тяготение, общая теория относительности и альтернативные теории» подчеркивается, что основной мотив, который привел Логунова к отрицанию эйнштейновского подхода к проблеме взаимоотношения геометрии и физики – независимо от субъективных намерений автора РТГ, – не столько физической, сколько психологической природы . Действительно, в основе критического подхода автора РТГ к ОТО лежит стремление остаться в рамках привычного (а тем самым и простого)

стиля мышления. Но ведь жесткая связь привычного и простого, обоснование простоты привычным – это идеал психологического стиля мышления.

Эволюция физики убедительно доказывает, что то, что является привычным и простым для одного поколения физиков, может быть непонятным и сложным для другого поколения. Гипотеза механического эфира – яркий пример этого. Отказ от привычного и простого – неизбежный спутник расширения опыта, освоения новых областей природы и знания. Каждому крупному продвижению науки сопутствовали утрата привычного и простого, а затем – изменение самого представления о них. Короче, привычное и простое – категории исторические . Поэтому не сведение к привычному, а стремление понять реальность является высшей целью науки: «Наша постоянная цель – все лучшее и лучшее понимание реальности... Чем проще и фундаментальнее становятся наши допущения, тем сложнее математическое орудие нашего рассуждения; путь от теории к наблюдению становится длиннее, тоньше и сложнее. Хотя это и звучит парадоксально, но мы можем сказать: современная физика проще, чем старая физика, и поэтому она кажется более трудной и запутанной» .

Главный недостаток психологического стиля мышления связан с игнорированием гносеологического аспекта научных проблем, в рамках которого только и возможно критическое отношение к интеллектуальным привычкам, исключающим четкое разделение происхождения и сущности научных представлений. Действительно, классическая механика предшествует квантовой механике и СТО, а последняя – возникновению ОТО. Но это еще не значит, что предшествующие теории превосходят последующие в ясности и отчетливости, как это предполагается в рамках психологического стиля мышления. С гносеологической точки зрения СТО и квантовая механика проще и понятнее классической механики, а ОТО проще и понятнее СТО. Вот почему «на научных семинарах... неясное место в каком-либо классическом вопросе вдруг кем-то иллюстрируется на хорошо знакомом квантовом примере, – и вопрос становится вполне «прозрачным» .

Вот почему и «дебри римановой геометрии» приближают нас к адекватному пониманию физической реальности, в то время как «удивительной простоты пространство Минковского» отдаляет от него. Эйнштейн и Гильберт «вошли» в эти «дебри» и «затянули» в них «последующие поколения физиков» именно потому, что их интересовало не только и не столько то, насколько просты или сложны

метрические свойства абстрактного пространства, с помощью которого можно описать в теории реальные пространство и время, сколько то, каковы метрические свойства этих последних. В конечном счете именно поэтому и Логунов вынужден прибегнуть к «эффективному» пространству римановой геометрии для описания гравитационных эффектов в дополнение к используемому в РТГ пространству Минковского, ибо лишь первое из этих двух пространств адекватно представляет в РТГ (так же, как и в ОТО) реальные пространство и время .

Гносеологические промахи РТГ при философском подходе к ней легко обнаруживаются. Логунов пишет, что «даже обнаружив опытным путем риманову геометрию, не надо спешить делать вывод о структуре геометрии, которую необходимо положить в основу теории» . Это рассуждение аналогично рассуждению Пуанкаре : как основоположник конвенционализма настаивал на сохранении евклидовой геометрии независимо от результатов опытов, так и автор РТГ настаивает на сохранении заданной геометрии Минковского как основы всякой физической теории. Основанием такого подхода является в конечном счете пифагорейский синдром, онтологизация абстрактного пространства Минковского .

Мы уже не говорим о том, что существование пространства-времени как вместилища событий, обладающего странной способностью вызывать инерциальные эффекты в материи, не подвергаясь обратному воздействию, становится при этом неизбежным постулатом. Такое представление по своей искусственности превосходит даже гипотезу механического эфира , на что мы уже обращали внимание выше, сравнивая классическую механику и СТО. Оно в принципе противоречит ОТО, так как «одно из достижений общей теории относительности, ускользнувшее, насколько известно, от внимания физиков», заключается в том, «что отдельное понятие пространства... становится излишним. В этой теории пространство – это не что иное как четырехмерность поля, а не что-то существующее само по себе» . Исходить при описании гравитации из геометрии Минковского и одновременно использовать риманову геометрию для Эйнштейна означает проявлять непоследовательность: «Оставаться при более узкой группе и одновременно брать более сложную структуру поля (ту же, как в общей теории относительности) означает наивную непоследовательность. Грех остается грехом, хотя бы его совершали мужи, в остальном почтенные» .

ОТО, в которой по метрическим свойствам искривленного пространства-времени Римана воссоздаются свойства гравитационных взаимодействий, свободна от этих гносеологических неувязок: «Прекрасное

изящество общей теории относительности... вытекает непосредственно из геометрической трактовки. Благодаря геометрическому обоснованию, теория получила определенную и нерушимую форму... Опыт либо ее подтверждает, либо опровергает... Интерпретируя гравитацию как действие силовых полей на вещество, определяют лишь весьма общую систему отсчета, а не единственную теорию. Можно построить множество общековариантных вариационных уравнений и... лишь наблюдения могут удалить такие нелепости как теорию гравитации, основанную на векторном и скалярном поле или на двух тензорных полях. В противоположность этому, в рамках геометрической трактовки Эйнштейна подобные теории оказываются абсурдными с самого начала. Они устраняются философскими аргументами, на которых основывается эта трактовка» . Психологическая уверенность в истинности ОТО основывается не на ностальгии по привычному стилю мышления, а на ее монистичности, целостности , замкнутости, логической последовательности и отсутствии гносеологических промахов, характерных для РТГ .

Одним из основных гносеологических промахов РТГ является, по нашему глубокому убеждению, ее исходная гносеологическая установка, согласно которой внутритеоретических критериев достаточно для решения вопроса о том, какое из абстрактных пространств теории адекватно представляет в ней реальные пространство и время. Эта гносеологическая установка, несовместимая с той, которая лежит в основе ОТО, с легкой руки Гейзенберга , приписывается... Эйнштейну , который-де в беседе с ним весной 1926 г. в Берлине сформулировал ее в еще более общем виде как утверждение о том, что не эксперимент, а теория определяет, что поддается наблюдению .

Между тем, как это ни покажется парадоксальным на первый взгляд, вопреки господствующему в научном сообществе мнению (в том числе и мнению самого Гейзенберга) Эйнштейн на самом деле говорил ему тогда не об этом, а совсем о другом. Воспроизведем соответствующее место из доклада «Встречи и беседы с Альбертом Эйнштейном » (сделанного Гейзенбергом 27 июля 1974 г. в Ульме), в котором Гейзенберг вспоминал об этой беседе с Эйнштейном , в ходе которой он возражал против сформулированного Гейзенбергом принципа наблюдаемости: «Каждое наблюдение, аргументировал он, предполагает однозначно фиксируемую нами связь между рассматриваемым нами явлением и возникающим в нашем сознании чувственным ощущением. Однако мы можем уверенно говорить об этой связи лишь при условии, что известны законы природы, которыми она определяется. Если же – что явно имеет место в современной атомной

физике – сами законы ставятся под сомнение, то теряет свой ясный смысл также и понятие «наблюдение». В такой ситуации теория прежде всего должна определить, что поддается наблюдению» .

Исходная гносеологическая установка РТГ Логунова – следствие сравнительно несложного паралогизма – отождествления необходимого условия адекватности теоретических структур объективной реальности с ее достаточным условием. Как нетрудно понять, в конечном счете именно этим объясняются логико-гносеологические ошибки, которые лежат в основе РТГ и ее противопоставления ОТО, – использование лишь внутритеоретических критериев в решении вопроса о том, какое из абстрактных пространств теории адекватно представляет в ней реальные пространство и время, и неправомерное отождествление его с ними, – по существу, те же самые логико-гносеологические ошибки, которые лежали в основе подхода Пуанкаре к проблеме взаимоотношения геометрии и физики .

Что бы ни говорилось о подходе Эйнштейна к проблеме взаимоотношения геометрии и физики, выполненный нами анализ свидетельствует о том, что вопрос о возможностях этого подхода в формировании современной естественнонаучной парадигмы остается открытым. Он остается открытым до тех пор, пока не доказано

существование таких свойств материальных явлений, которые никак не связаны со свойствами пространства и времени. И напротив, благоприятные перспективы подхода Эйнштейна обусловлены в конечном счете тем, что все более и более определенно обнаруживается связь метрических и топологических свойств пространства и времени с различными не пространственно-временными свойствами материальных явлений . В то же время историко-научный и философский анализ подхода Пуанкаре к проблеме взаимоотношения геометрии и физики приводит к выводу о его бесперспективности как альтернативы подходу Эйнштейна . Об этом же свидетельствует и анализ попыток его реанимации, предпринятых в работах Логунова с сотрудниками.

Примечания

Аронов Р.А. К проблеме пространства и времени в физике элементарных частиц // Философские проблемы физики элементарных частиц. М., 1963. С. 167; Он же . Проблема пространственно-временной структуры микромира // Философские вопросы квантовой физики. М., 1970. С. 226; Он же . К вопросу о логике микромира // Вопр. философии. 1970. № 2. С. 123; Он же . ОТО и физика микромира // Классическая и квантовая теория гравитации. Мн., 1976. С. 55; Aronov R.A . To the philosophical foundations of the superunifi cation program // Logic, Methodology and Philosophy of Science. Moscow, 1983. P. 91.

См.: Аронов Р.А. К проблеме взаимоотношения пространства, времени и материи // Вопр. философии. 1978. № 9. С. 175; Он же. О методе геометризации в физике. Возможности и границы // Методы научного познания и физика. М., 1985. С. 341; Аронов Р.А., Князев В.Н . К проблеме взаимоотношения геометрии и физики // Диалектический материализм и философские вопросы естествознания. М., 1988. С. 3.

См.: Аронов Р.А. Размышления о физике // Вопросы истории естествознания и техники. 1983. № 2. С. 176; Он же. Два подхода к оценке философских взглядов А.Пуанкаре // Диалектический материализм и философские вопросы естествознания. М., 1985. С. 3; Аронов Р.А., Шемякинский В.М. Философское обоснование программы геометризации физики // Диалектический материализм и философские вопросы естествознания. М., 1983. С. 3; Они же. Об основаниях геометризации физики // Философские проблемы современного естествознания. Киев, 1986. В. 61. С. 25.

Гейзенберг В . Развитие понятий в физике ХХ века // Вопр. философии. 1975. № 1. С. 87.

Выпуски:
* Александров Е.Б., Хвостенко Г.И., Чайка М.П. Интерференция атомных состояний. (1991)
* Алиханов А.И. Слабые взаимодействия. Новейшие исследования бета-распада. (1960)
* Аллен Л., Джонс Д. Основы физики газовых лазеров. (1970)
* Альперт Я.Л. Волны и искусственные тела в приземной плазме. (1974)
* (1988)
* Андреев И.В. Хромодинамика и жесткие процессы при высоких энергиях. (1981)
* Анисимов М.А. Критические явления в жидкостях и жидких кристаллах. (1987)
* Аракелян С.М., Чилингарян Ю.С. Нелинейная оптика жидких кристаллов. (1984)
* (1969)
* Ахманов С.А., Выслоух В.А., Чиркин А.С. Оптика фемотосекундных лазерных импульсов. (1988)
* (1981)
* (1962)
* Бахвалов Н.С., Жилейкин Я.М., Заболотская Е.А. и др. Нелинейная теория звуковых пучков. (1982)
* Белов К.П., Белянчикова М.А., Левитин Р.З., Никитин С.А. Редкоземельные ферромагнетики и антиферромагнетики. (1965)
* Бутыкин В.С., Каплан А.Е., Хронопуло Ю.Г., Якубович Е.И. Резонансные взаимодействия света с веществом. (1977)
* (1970)
* Бреслер С.Е. Радиоактивные элементы. (1949)
* Бродский А.М., Гуревич Ю.Я. Теория электронной эмиссии из металлов. (1973)
* Бугаков В.В. Диффузия в металлах и сплавах. (1949)
* Вавилов В.С., Гиппиус А.А., Конорова Е.А. Электронные и оптические процессы в алмазе. (1985)
* Вайсенберг А.О. Мю-мезон. (1964)
* (1968)
* Васильев В.А., Романовский Ю.М., Яхно В.Г. Автоволновые процессы. (1987)
* (1986)
* (1988)
* (1984)
* Вонсовский С.В. Современное учение о магнетизме. (1952)
* (1969)
* Вонсовский С.В. и др. Ферромагнитный резонанс. Явление резонансного поглощения высокочастотного электромагнитного поля в ферромагнитных веществах. (1961)
* (1981)
* Гейликман Б.Т., Кресин В.З. Кинетические и нестационарные явления в сверпроводниках. (1972)
* Гетце В. Фазовые переходы жидкость-стекло. (1992)
* (1975)
* Гинзбург В.Л., Рухадзе А.А. Волны в магнитоактивной плазме. (1970)
* Гинзбург С.Л. Необратимые явления в спиновых стеклах. (1989)
* Гринберг А.П. Методы ускорения заряженных частиц. (1950)
* Гурбатов С.Н., Малахов А.Н., Саичев А.И. Нелинейные случайные волны в средах без дисперсии. (1990)
* Гуревич Ю.Я., Харкац Ю.И. Суперионные проводники. (1992)
* Дорфман Я.Г. Магнитные свойства атомного ядра. (1948)
* Дорфман Я.Г. Диамагнитизм и химическая связь. (1961)
* Жевандров Н.Д. Оптическая анизотропия и миграция энергии в молекулярных кристаллах. (1987)
* (1970)
* (1984)
* (1972)
* Кернер Б.С., Осипов В.В. Автосолитоны: Локалализованные сильно-неравновесные области в однородных дисипативных системах. (1991)
* (1985)
* Кляцкин В.И. Метод погружения в теории распространения волн. (1986)
* Кляцкин В.И. Статистическое описание динамических систем с флуктуирующими параметрами. (1975)
* Корсунский М.И. Аномальная фотопроводимость. (1972)
* Кулик И.О., Янсон И.К. Эффект Джозефсона в сверхпроводящих туннельных структурах. (1970)
* Лихарев К.К. Введение в динамику джозефсоновских переходов. (1985)
* Лучевое приближение и вопросы распространения радиоволн. (1971) Сборник
* (1958)
* (1967)
* Миногин В.Г., Летохов В.С. Давление лазерного луча на атомы. (1986)
* Михайлов И.Г. Распространение ультрозвуковых волн в жидкостях. (1949)
* Нейтрино. (1970) Сборник
* Общие принципы квантовой теории поля и их следствия. (1977) Сборник
* Осташев В.Е. Распространение звука в движущихся средах. (1992)
* Павленко В.Н., Ситенко А.Г. Эховые явления в плазме и плазмоподобных средах. (1988)
* Паташинский А.З., Покровский В.Л. Флуктуационная теория фазовых переходов. (1975)
* Пушкаров Д.И. Дефектоны в кристаллах: Метод квазичастиц в квантовой теории дефектов. (1993)
* Рик Г.Р. Масс-спектроскопия. (1953)
* Сверхпроводимость: сб. ст. (1967)
* Сена Л.А. Столкновение электронов и ионов с атомами газа. (1948)
* (1960)
* (1964)
* Смилга В.П., Белоусов Ю.М. Мюонный метод исследования вещества. (1991)
* Смирнов Б.М. Комплексные ионы. (1983)
* (1988)
* (1991)
* Степанянц Ю.А., Фабрикант А.Л. Распространение волн в сдвиговых потоках. (1996)
* Тверской Б.А. Динамика радиационных поясов Земли. (1968)
* Туров Е.А. - Физические свойства магнитоупорядоченых кристаллов. феноменол. Теория спиновых волн в ферромагнетиках, антиферромагнетиках. (1963)
* (1972)
* (1961)
* Фотопроводимость. (1967) Сборник
* Фриш С.Э. Спектроскопическое определение ядерных моментов. (1948)
* (1965)
* Хриплович И.Б. Несохранение четности в атомных явлениях. (1981)
* Честер Дж. Теория необратимых процессов. (1966)
* Шикин В.Б., Монарха Ю.П. Двухмерные заряженные системы в гелии. (1989)