Тема 4 Методы научного исследования

ществует единства в понимании объема и содержания термина

«доказательство» (например в классической и интуиционистской

логике и математике). Идеалы и нормы «доказательности

» в науке существенно эволюционируют

вместе с развитием науки. Так, Аристотель никогда не принял

бы классической механики Ньютона в качестве доказательной

теории, так как последняя принимает за истинное

утверждение закон инерции, который по Аристотелю постоянно

опровергается на опыте в силу принципиальной

неустранимости трения при движения любого тела. В то же

время Ньютон никогда не принял бы за доказательную теорию

механику Аристотеля, исходившую из качественного

различия небесных и земных движений тел, из идеи всеобщей

целесообразности движения любого тела в природе, в

том числе и в неорганической природе (каждое тело стремится

по Аристотелю занять свое естественное, сообразное

его природе место в структуре бытия). Научное доказательство,

как и подтверждение и опровержение, имеет в целом

нечисто аналитический, а содержательно-консенсуальный

характер, всегда опираясь при этом на некоторое (часто

неявное) предпосылочное, контекстуальное, «само собой

разумеющееся» знание. В науке используют различные

типы доказательства: теоретическое и эмпирическое, когнитивное

и практическое, аналитическое и синтетическое,

дедуктивное и ршдуктивное. Во всех диахронических и синхронических

срезах и состояниях науки имеет место явное

и отчетливое стремление к достижению доказательного, теоретически

и практически обоснованного знания, что коренным

образом отличает науку от различных форм вненаучного

знания.

Научное объяснение — подведение высказываний о каком —

то объекте, его свойствах или отношениях под определенный

научный закон, как ча стных случаев проявления последнего.

Общая логическая структура объяснения такова:

Vx(a(x)Db(x))r а(х) (— Ь(х), где Ь(х) — высказывание о свойствах

некоторого наблюдаемого явления. Например, установлено,

что данный объект «х(медь) — электропроводен»

(Ь), известно также, что «х(медь) — металл» (а), и что «все

металлы — электропроводны». Тогда необходимо истинно,

что «медь — электропроводка». В зависимости от типа

законов (универсальные или статистические, механически-

причинные или телеологические, причинно — субстратные

или функциональные и т. д.), лежащих в основе

объяснения как логической процедуры (логического вывода)

, классифицируют и различные виды объяснения (но

мологические, статистические, причинные, целевые, фун

кциональные, системные и т. д.).

Обобщение — метод приращения знания путем мысленного

перехода от частного к общему, которому соответствует

и переход на более высокую ступень абстракции. Обобщение

— одно из важнейших средств научного познания,

позволяющее извлекать общие принципы из хаоса затемняющих

их явлений и в рамках того или иного понятия

отождествлять множества различных вещей и явлений.

Прибор — познавательное средство, представляющее собой

искусственное устройство или естественное материальное

образование, которое человек в процессе познания приводит

в специфическое взаимодействие с исследуемым объектом

с целью получения о последнем полезной информации.

По специфике получаемой информации приборы делятся

на качественные и количественные, по своим функциональным

характеристиками — на приборы-усилители, анализаторы,

преобразователи и регистраторы.

Рефлексия — форма познавательной активности субъекта,

связанная с обращением мышления на самое себя, на свои

собственные основания и предпосылки с целью критического

рассмотрения содержания, форм и средств познания,

а также ментальных установок сознания. Один из главных

методов метатеоретического уровня научного познания.

Решающий эксперимент — понятие методологии классической

науки о возможности в ситуации конкурирующих

научных гипотез А и -А (например волновой и корпускулярной

теории света) поставить эксперимент, который

окончательно доказал бы истинность одной и ложность

другой. Однако такой эксперимент по отношению к теориям

(универсальным гипотезам) в принципе невозможен, во- первых,

поскольку сам несвободен от некоторых теоретических

допущений, а, во-вторых, поскольку из доказательства

истинности следствий универсальной гипотезы нельзя логически

заключать об истинности самой гипотезы. Наконец,

в-третьих, хотя опровержение следствий одной из гипотез

(например гипотезы -А) и можно рассматривать как опровержение

самой гипотезы -А, однако отсюда еще не следует

истинность гипотезы А, так как она тоже может быть ложной,

а в качестве истинной научное сообщество признает

некоторую третью гипотезу В (в частности, гипотезу А & -А,

как это и было в случае с признанием двойственной корпус кулярно-

волновой природы света).

Системный метод — взгляд на предмет научного изучения как

на некоторую систему. Это, с одной стороны, «баналь

ное », а с другой — очень сильное требование к предмету.

Моделируя объект как систему, исследователь должен

разложить его на определенное множество элементов, а

также сформулировать определенное множество отношений

между ними. При этом предполагается, что системная

модель объекта А способна объяснить все его существенные

свойства и отношения, а также интегральное

поведение объекта А в целом, хорошо согласуясь при

этом с эмпирическими данными о нем, полученными путем

систематического наблюдения и эксперимента.

Взгляд на изучаемый объект как систему предполагает

принятие допущения о его относительной независимости

от других объектов и самодостаточности с точки зрения

его функционирования как целого по присущим ему

внутренним законам. Другим сильным следствием взгля

да на исследуемый объект как систему является допущение

о его целостности, что означает принятие гипотезы о

наличии интегральных законов его поведения, не сводимых

(не редуцируемых) к сумме законов функционирования

его отдельных элементов. Системный подход является

альтернативой, с одной стороны, элементаристско-аддитивному

моделированию объектов, а с другой — грубому

холистско-телеологическому (в частности, религиозному)

объяснению природы. Широкое применение системного

метода в науке и технике стало возможным благодаря

развитию общей математической теории систем,

теории функций комплексного переменного, а также

проверки сложных математических моделей объектов с

помощью современной вычислительной математики и

мощных ЭВМ.

Сравнение — процедура, устанавливающая тождество (сходство)

или различие исследуемых пар объектов, явлений и

т. п. С принципиальной точки зрения (в общеметодологическом

плане) сравнивать между собой можно любые

мысленные объекты, но при условии, что сравнение производится

по какому-либо точно выделенному в них признаку,

свойству, отношению, т. е. в рамках заданного интервала

абстракции.

Техника — множество материальных объектов и систем, созданных

на основе научных знаний о свойствах, отношениях

и законах функционирования составляющих их элементов

и подсистем, выполняющих определенные,

необходимые человеку функции и операции (практические

и теоретические). Технику иногда образно называют

воплощением науки в «железе».

Методы научного исследования ШВШ

Технология — последовательность материальных процессов и

операций, реализация которых приводит к появлению продукта

(потребительной стоимости) с необходимыми и полезными

для дальнейшего использования человеком свойствами.

фальсификация — совокупность приемов и процесс доказательства

ложности теории на основе установления в опыте

(наблюдении и эксперименте ) ложности вытекающих из

нее логических следствий (потенциальных или актуальных).

В методологию науки категория «фальсификация»

как обозначение существенно значимой процедуры для

определения динамики науки была введена К. Поппером.

Фальсификация суть логическая экспликация более широкой

по содержанию категории гносеологии — «опровержение

». Согласно Попперу, назначение опыта по отношению

к теории отнюдь не том, чтобы доказывать,

определять и внедрять с помощью опыта в науку истинные

теории (в этом отношении Поппер выступает последовательным

и убедительным критиком любой формы

индуктивизма), а в том, чтобы опровергать ложные гипотезы.

В этой связи Поппер характеризует индуктивизм в

методологии науки как аналог ламаркизма в биологической

теории эволюции, тогда как свою концепцию взаимоотношения

теории и опыта он рассматривает как аналог

неодарвинизма, где среда истолковывается лишь как выбраковочный

фактор по отношению к неспособным приспособиться

к ней особям. Абсолютизация Поппером

фальсификации как безусловно важной методологической

процедуры научного познания опирается на два

спорных положения: 1) запрет на возможность усовершенствования

фальсифицированных теорий, что в целом

противоречит реальной истории науки, где усовершенствование

и достижение согласия с опытом до этого фальсифицированных

теорий постоянно имеет место (яркие

примеры — гелиоцентрическая система мира Галилея —

Коперника, планетарная модель атома Резерфорда и т. д.);

2) предположение о том, что истинность эмпирических

следствий всегда является бесспорной, так как принимается

конвенционально. Как и в случае с подтверждением,

решение вопроса об истинности и достаточности качества

и количества эмпирически удостоверенных следствий теории

для суждения об ее ложности является не чисто логическим

или конвенциональным, а содержательным и консенсуальным,

предполагающим выработку и достижение

определенного единства по этому вопросу среди членов «яг

профессионального научного сообщества. Ясно, что с .ЧЯ

-»

Тема 4

точки зрения исторической перспективы развития науки

любое такое консенсуальное решение должно рассматриваться

как относительное и временное.

Формализация — совокупность познавательных операций,

обеспечивающих отвлечение от значения понятий теории

с целью исследования ее логического строения или

для эффективного получения логически выводимых результатов.

Формализация позволяет превратить содержательно

построенную теорию (например раздел механики)

в систему материальных объектов определенного

рода (символов), а развертывание теории свести к манипулированию

с этими объектами в соответствии с некоторой

совокупностью правил, принимающих во внимание

только и исключительно вид и порядок символов, и

тем самым абстрагироваться от того познавательного содержания,

которое выражается научной теорией, подвергшейся

формализации.

Эксперимент — метод эмпирического познания, посредством

которого, воздействуя на предмет в специально подобранных

условиях, исследователь целенаправленно актуализирует

и фокусирует нужное ему состояние, а

затем изучает его на качественном или количественном

уровне. Если под классическим языком описания в физике

условиться понимать язык, все термины которого поддаются

однозначной интерпретации данными опыта, то

эксперимент можно было бы определить как воспроизводимую,

управляемую и классически описываемую ситуацию,

создаваемую с целью активного воздействия на

ход изучаемого процесса и его исследования в «чистом

виде». Понимание характера физического эксперимента

как существенно классического по своей сути (на чем настаивал

Н. Бор) позволяет уяснить все своеобразие связи

чувственной и рациональной ступени познания, которое

находит свое выражение в принципе «классичности» новой

физики: как бы далеко ни выходили явления за рамки

классического физического объяснения, все опытные

данные, на которых строится теория, должны описываться

при помощи обычных «макроскопических» понятий.

«Слово "эксперимент" относится к такой ситуации, когда

мы можем сказать другим, что мы делали и что узнали»

(Н. Бор).

Экспликация — явное определение или уточнение значения и

смысла отдельных, широко используемых в науке терминов,

как правило имеющих не одно, а несколько значений

научного исследования

(например «вероятность», «детерминизм», «закон», «формализация

», «вывод» ит. д., ит. п.).

Экстраполяция — экстенсивное приращение знания путем

распространения следствий какого-либо тезиса или теории

с одной сферы описываемых явлений на другие сферы

(предметные области).

щ Вопросы для обсуждения

1. Методы эмпирического познания.

2. Методы теоретического познания.

3. Методы метатеоретического познания.

4. Научное объяснение, его общая структура и виды,

5. Научные законы и их классификация.

6. Гипотеза как форма развития научного знания.

7. Эксперимент, его виды и функции в научном познании.

8. Индукция как метод научного познания. Индукция

и вероятность.

9. Дедукция как метод науки и его функции.

10. Моделирование как метод научного познания.

Метод математической гипотезы.

11. Системно-структурный метод.

1 Литература

Акчурин ИЛ. Единство естественно-научного знания. М.,

1974.

Блохинцев Д.И. Пространство и время в микромире. М.,

1970.

Бор Н. Атомная физика и человеческое познание.

Борн М. Эйнштейновская теория относительности. М.,

1964.

Гейзенберг В. Квантовая механика и беседы с Эйнштейном

// Природа. 1972. № 5.

Кочергин А.Н. Методы и формы научного познания. М.,

1990.

Кураев В.И., Лазарев Ф.В. Точность, истина и рост знания

М, 1988.

Лазарев Ф.В., Новоселов М. Абстракция. Б.С.Э. Т. 1. 1975. 2.4/

TBMaJ

Лазарев Ф.В., Трифонова М.К. Роль приборов в познании

и их классификация. Философия науки, 1970, №6.

Ландау Л.Д., ЛившицЕ.М. Квантовая механика. М., 1972.

Лебедев С.А. Индукция как метод научного познания. М

1980.

Лекторский В.А. Научное и вненаучное мышление: скользящая

граница // Разум и экзистенция. М., 1989.

Меркулов И.П. Метод гипотез в истории научного познания.

М., 1984.

Никитин Е.П. Открытие и обоснование. М.( 1988.

Пуанкаре А. О науке. М, 1984.

Рузавин ГЛ. Методы научного познания. М.( 1974.

Садовский В.Н. Основания общей теории систем. Логикометодологический

анализ. М., 1974.

Сулл К. Пузырьковая камера. Измерения и обработка

данных. М., 1970.

Уемов А.И. Системный подход и общая теория систем. М

1978.

Эйнштейн А. Собрание научных трудов. Т. 1-4.

урт

КАРТИНА МИРА

СОВРЕМЕННАЯ

Согласно распространенному определению•

объективную

реальность понимают как материальный мир в

целом, во всех его формах и проявлениях, существующий

независимо от человеческого сознания и первичный

по отношению к нему. В этом определении отчетливо

просвечивается принцип механистического миропредставления,

сформулированный Декартом в виде противопоставления

двух типов реальности — res extensa и res

cogitans, мира вещей и духовного мира (мира сознания).

Современная наука стремится снять это противопоставление

и найти универсальную протоструктуру, ответственную

за проявленные обоих феноменов.

Академик В.И. Вернадский, говоря о научном по

знании реальности, выделяет три пласта этого фено

мена: явления космических просторов, близкие нашей

человеческой «природе», явления планетные и явле

ния микроскопические. Научно наблюдаемые феноме

ны жизни могут проявляться во всех трех пластах.

Будем в дальнейшем вкладывать в понятие «реаль

ность» именно такое содержание.

Житейские представления о мире как о реально

сти основаны на религиозных, философских, истори

чески-бытовых построениях. Научное отражение пол

ностью абстрагируется от этих представлений и цели

ком опирается на научную методологию. Наука (греч.

episteme, лат. scientia) — это процесс, ориентирован

ный на выявление наиболее общих свойств мира. Ос

новой этого процесса служит научная методология —

система алгоритмов решения этой задачи, а его резуль

татом является получение научного знания, служаще

го удовлетворению базовых человеческих потребнос

тей. Первая из этих потребностей — познавательная

Доминанта человеческой психики, вторая — научное 249

обеспечение новых технологий, которые используют

ся для расширения границ гомеостаза и освоения но

вых экологических ниш во всем многомерном про

странстве существования человека.

Следующее базовое понятие, которое мы будем использовать,

говоря о научной картине мира, — метафизика.

В разные исторические эпохи в этот термин вкладывалось

различное содержание, отсутствует общепризнанная

интерпретация и в наше время. Будем понимать

под «метафизикой» философское осмысление физической

картины мира и в первую очередь фундаментальных

понятий, лежащих в основе тех или иных научно-теоретических

моделей реальности. К этому необходимо добавить,

что современная наука пока не может предложить

универсальную теоретическую модель мира как целостной

системы, а имеет дело с совокупностью частных

моделей, каждая из которых удовлетворительно отражает

свойства одного из фрагментов реальности. Поэтому

современную научную картину мира следует понимать

как систему этих частных моделей.

Следующее существенное понятие— онтология —

подобно метафизике также не имеет вполне однозначной

интерпретации. Довольно часто онтологию рассматривают

как самостоятельную философскую дисциплину, которая

является основополагающей частью метафизики и

предметом который является изучение наиболее фундаментальных

структур бытия. Используя это толкование,

мы можем определить онтологию науки как направление,

исследующее структуру, универсальные закономерности

объективной реальности и ее эволюцию.

Область научных интересов— поиск ответов на

вопросы «что? как? почему?»

На вопрос «зачем?» наука раньше отвечала с трудом,

проигрывая на этом «поле» философии, религии

и искусству. Однако, в связи с развитием теории самоорганизующихся

систем, или синергетики, при построении

научной картины мира появилась возможность

отразить и телеологические аспекты реальности.

Основной метод построения частных научно-теоретических

моделей реального мира — это формирование

ее гипотетико-дедуктивных моделей. Первый этап кон

Повременная научная картина мира

струирования такой модели — построение фундаментальной

гипотезы, из которой дедуктивным путем выводятся

следствия и предсказания, которые на втором

этапе могут быть проверены опытным путем. Если опыт

подтверждает предсказания, то гипотеза получает признание

в качестве теоретической модели, удовлетворительно

описывающей реальность. Основания для конструирования:

обобщение эмпирической информации и

неалгоритмическое постижение реальности, получаемое

путем интуитивного спонтанного озарения.

Рассмотрим основные методологические принципы,

используемые при построении современных научных

моделей реальности. Во-первых, это натурализм,

т. е. отрицание существования каких-либо сверхъестественных

или духовных феноменов, познание которых

невозможно посредством научных методов. Во-вторых,

это принцип, согласно которому не может существовать

картин мира, которые не опирались бы на теоретический

аппарат точных наук и в первую очередь

физики. В-третьих, это фаллибилизм — убеждение в

том, что мы не можем рассчитывать на получение абсолютно

достоверной и полностью завершенной картины

мира. Каждая конкретная теория имеет свои

границы применимости и может быть подвергнута

изменениям и усовершенствованиям. В-четвертых, это

принцип фальсификации — возможность опытного

опровержения утверждений теории. В соответствии с

этим принципом любое принципиально не фальсифицируемое

знание, например религиозные догматы,

нельзя считать научным. Пятый методологический

принцип — историзм — является, быть может, менее

строгим. Его смысл в том, что не могут существовать

модели картин мира, свободные от идеологических,

познавательных и телеологических влияний своей исторической

эпохи. Механическая картина мира Ньютона

не могла появиться в Античную эпоху, а современники

Ньютона были бы не в состоянии принять

идеи Эйнштейна. С историзмом тесно связан и следующий,

шестой методологический принцип, который мы

назовем модернизмом: построение научной картины

мира никогда не имело характера абстрактно-позна- 251

Тема S

вательного процесса, напротив, каждый раз речь шла

о процессе наиболее адекватного научного отклика на

очередной вызов истории — такого теоретического

отклика, который послужил бы базой для создания

суммы технологий, обеспечивающих модернизационное

преодоление очередной исторической бифуркации.

Из пятого и шестого эпистемологических принципов

следует, что картина мира обладает важным

фундаментальным свойством: она динамична, постоянно

находится в движении и способна к развитию.

Теория такой протоструктуры, ее основные законы

и принципы и составляют, на наш взгляд, главное

содержание любой научной картины мира. Термин «общая

научная картина мира» часто употребляется для

обозначения множества (суммы) «картин мира», даваемых

отдельными науками (физикой, химией, биологией,

географией, геологией, астрономией, социологией,

историей и др.). Однако такому суммативно-энциклопедическому

пониманию научной картины мира мы

предпочитаем ее толкование как обозначение множества

универсальных (всеобщих) законов и принципов,

действие которых распространяется на любой объект

Вселенной, независимо от специфики субстрата этого

объекта или других его особенностей. Ясно, что множество

таких фундаментальных, и, вместе с тем, всеобщих

законов и принципов дает прежде всего физика,

описывающая законы движения и взаимодействия

любых материальных объектов и систем. Констатация

того, что физическая картина мира образует по самому

своему существу фундамент любой общей научной

картины мира, отнюдь не является свидетельством

редукционизма, стремления к сведению законов поведения

более сложных по сравнению с физическими

объектов и систем (химических, биологических, социальных,

психологических, логических и др.) к законам

физики, и, в частности, механики.

Такая констатация обозначает только всеобщность

законов физики (в отличие от законов других наук,

описывающих поведение более сложных объектов) и

ничего более.

Современная научная картина мира

щ ФИЗИЧЕСКАЯ КАРТИНА МИРИ В ЕЕ РАЗВИТИИ

Модели развития научного знания

Существуют три основные концепции развития

фундаментальной науки и миропредставления. Первая

из них, радикальная, принадлежит Ф. Бэкону и

Г.Галилею.

Согласно их точке зрения, научный взгляд на мир

возник как результат революционной победы над суеверием

и предрассудками. Декарт дополнил этот подход тезисами

о существовании абсолютных истин и абсолютно достоверного

знания, которое будучи однажды научным путем

получено, ничем уже не может быть поколеблено.

П. Дюгем предположил альтернативную континуалистскую

концепцию, смысл которой состоит в том, что

каждое достижение науки может быть модифицировано.

Нельзя, например, опровергнуть теорию электромагаитизма

Максвелла, но можно видоизменить ее математический

аппарат, расширив границы применимости теории.

Если концепцию Бэкона можно назвать концепци

ей одной единственной научной революции, а концеп

цию Дюгема концепцией реформ, то третья точка зре

ния, высказанная К. Поппером, — это концепция пер

манентной революции. В другом варианте эту

концепцию предложил Т. Кун, которому принадлежат

идея развития науки на основе смены общенаучных па

радигм. Согласно его идеям, существуют периоды нор

мальной науки, когда новые исследования опираются

на прочный фундамент ранее полученных основных

достижений. Комплекс этих фундаментальных научных

достижений Кун предложил назвать парадигмой. По

мере накопления принципиально новых открытий воз

никает необходимость в пересмотре и видоизменении

парадигмы, и тогда происходит научная революция.

Парадигма в течение определенного времени служит

теоретической основой научного миропредставления.

Сопоставляя все три концепции, Дж. Агасси приходит

к выводу, что для построения наиболее адекватной

картины мира и для научного творчества наиболее

предпочтителен третий подход, соответствующий

идеологии фаллибилизма. Известный специалист по

Тема 5

космологии Дж. Уилер выразил эту идеологию в парадоксальной

форме: «Мы знаем, что все наши теории

ошибочны. Задача, следовательно, состоит в том,

чтобы делать ошибки раньше». Согласно этой точке

зрения, хорошая картина мира обязательно является

рискованной и может быть подвергнута опровержению,

уточнению и исправлению. Вместе с тем крайности

фаллибиллизма уравновешиваются реализмом,

смысл которого состоит в допущении, что теория защищена

покровом эмпирических данных.

Воспользуемся концепцией научных революций и

сменой космологических парадигм для анализа эволюции

научной картины мира.

Натурфилософская парадигма

Картина мира, соответствующая этой парадигме, возникла

в античной Греции. Первая концепция Вселенной,

доступная интеллектуалу, принадлежит Пифагору. Оценивая

его роль в формировании миропредставления, которое

можно назвать научным, Б. Рассел писал: «Пифагор

по своему влиянию как на древнюю, так и на современную

эпоху... является одним из наиболее значительных

людей, когда-либо живших на земле, — ив том случае,

когда он был мудр, и в том, когда он ошибался». Пифагору

принадлежат идеи всеобщей Гармонии Вселенной, которую

он назвал космосом (cosmos по-гречески означает

Мир, Вселенная, Гармония) и предположил, что его структура

определяется соотношениями чисел. Математический

характер имела и космогония Пифагора.

В античной философии сформировались две школы,

по-разному описывавшие структуру мироздания. Сторонники

Ионийской школы (Фалес, Анаксимандр, Гераклит)

утверждали, что существует два слоя реальности — физический,

который воспринимается нашими чувствами,

и метафизический, который лежит за пределами наших

восприятий и составляет «архэ» — скрытую сущность

вещей. По мнению представителей другой школы —

эпеатов (Парменид) абсолютно лишь вечное и неизменное,

единое. Что же касается видимых явлений, то это

химера, порожденная обманом наших чувств.

На следующем этапе развития античного миро

254 представления были оформлены две альтернативные

Современная научная картина мира

картины мира. Первая из них принадлежит Левкиппу

и Демокриту, которые считали, что в мире нет ничего,

кроме разнообразных атомов и пустоты. Отсутствует и

какая-либо свобода воли или выбор, т. к. все происходящее

однозначно предопределено движениями атомов,

в мире нет ничего случайного. Другая космологическая

модель разработана Платоном, утверждавшим,

что действительный мир —это идеи, а все видимое и

воспринимаемое чувствами лишь их отражение, однако

же — вполне реальное. Таким образом, концепция

мироздания Платона дуалистична: истинный мир совершенен,

вечен и неизменен и может быть постигнут

лишь работой ума, а материальный подлунный мир в

отличие от него подвержен изменениям и распаду.

Единственной причиной космоса является Демиург,

творец. Основной принцип космологии Платона —

математическая Гармония, порядок, красота.

Вершиной античной натурфилософии явилась космология

Аристотеля. Если у Платона субстанцией, т. е.

истинной реальностью, считались эйдосы, идеи, то в

учении Аристотеля роль субстанции отводилась видимому

миру. Учение Аристотеля о мироздании изложено

в двух книгах — «Метафизике» и «Физике». Первая

посвящена исследованию высших причин космоса, т. е.

всего вечного, бестелесного, неподвижного. Предметом

второй является природа, материальный мир — видимый,

текучий, подверженный законам случая.

Как снять фундаментальное противоречие между

обоими пластами реальности? Чтобы решить эту проблему,

Аристотель вводит два рода бытия — возможное и

действительное. Первое — это материя, которая в первозданном

состоянии напоминает хаос, второе — форма, ее

воздействие на материю сообщает ей предметное бытие,

движение, доступное опыту. Таким образом, потенциально

возможное превращается в актуальную реальность

под причинным воздействием формы. Механизм этого

воздействия Аристотель называл энтелехией. Придуманную

им концепцию мироздания называют гилеоморфизмом

(от греческих слов hyle — материя, morphe — форма).

Природа, понимаемая как совокупность вещей и

энтелехии, — это уже не хаос, а гармоничный космос.

Космография Античности практически полностью

гелиоцентрична, единственным исключением явилось 255

Тема 5

учение Аристарха Самосского, который поместил в

центр мира не Землю, а Солнце. Однако греческая

натурфилософия не восприняла его идей, в частности

потому, что в его гелиоцентрической системе оказалось

затруднительным объяснить обратное движение планет.

Кроме того, гелиоцентрическая система противоречила

физике Аристотеля. С этой задачей, с помощью введения

эпициклов, легко справился Клавдий Птолемей в

своей геоцентрической системе мироздания.

Механическая картина мира

Натурфилософская система Аристотеля оставалась

основой общепризнанной картины мира на протяжении

почти двух тысяч лет, до XVI в. Фома Аквинский объединил

систему Аристотеля с христианской философией.

И лишь в эпоху Возрождения большинство философов

стало отдавать пальму первенства Платону.

Наступившая в XVI — XVII вв. новая историческая

эпоха поставила в центр научных интересов астрономию

и астрологию. В развитии первой нуждались мореплаватели,

требовалось также уточнить календарь —

расчет дней равноденствия, пасхалий, разобраться с

вопросом об угловых размерах Луны и т. п. Что касается

астрологии, то в этот век, когда все были суеверны,

ее услуги пользовались большим спросом.

За решение первой задачи взялся Н. Коперник,

который в своей книге «De Revolutionibus orbium

coelestium» («Об обращении небесных сфер») обосновал

гелиоцентрическую систему мира. «В таком великолепнейшем

храме, — писал он, — кто мог бы поместить

этот светильник в другом лучшем месте, как не

в том, откуда он может одновременно все освещать.

Конечно, именно так Солнце, как бы восседая на царском

троне, правит обходящей вокруг него семьей

светил». Сформулированные Коперником постулаты о

движении небесных светил вокруг Солнца потребовали

внести серьезные изменения в физику Аристотеля,

где признавалась потенциальная бесконечность (бесконечная

делимость), но была неприемлема бесконечность

актуальная («бесконечность большого тела»).

Современная научная картина мира

«"Великий круг", орбита Земли,— писал Коперник,—

по отношению к звездной сфере подобен точке.

До каких пор распространяется эта необъяснимость,

неизвестно»,—уточнял свой вывод Коперник.

В расхождении с физикой Аристотеля современники

увидели слабость системы мира Коперника. Позже

эта слабость обернулась силой, т. к. послужила одной из

предпосылок смены физической парадигмы. В мировоззренческом

смысле система Коперника знаменовала

освобождение науки от теологии, а также означала возврат

от Аристотеля к Пифагору и Платону.

Над развитием идей Коперника о бесконечности

Вселенной думали Николай Кузанский и Джордано

Бруно. «У Вселенной нет центра, — писал Кузанский,

— она потенциально бесконечна». Дж. Бруно сделал

следующий шаг и заявил, что Вселенная бесконечна

актуально, а мир и Бог — это одно и тоже. Не нужна,

согласно Бруно, и гипотеза Аристотеля о различии

материи и формы — это также одно и то же. Но прославила

Бруно на века другая идея — концепция множественности

обитаемых миров.

Ученый мир долго не мог принять систему Коперника.

Тихо де Браге придумал собственную систему мира,

поместив в центр Вселенной Землю и заставив крутиться

вокруг нее Луну и Солнце, вокруг которого вращались

все остальные планеты. Стремясь опровергнуть

Коперника, Браге полжизни потратил на то, чтобы составить

новые звездные таблицы, более точные, чем у Птолемея.

Уже после его смерти И. Кеплер, используя эти

таблицы, открыл свои законы движения планет вокруг

Солнца. Это было очередное торжество идей Коперника.

Галилео Галилей был первым ученым, который

посмотрел на небо через телескоп, или perspicilium,

подзорную трубу, как он его называл. Это позволило

ему сделать много открытий, обогативших астрономию:

спутники Юпитера, горы на Луне, пятна на Солнце,

кольца Сатурна. Млечный путь оказался множеством

звезд. В 1572 г. Галилей наблюдал вспышку сверхновой

звезды и тем самым доказал, что звезды не вечны.

Рождение философии Нового времени связывают

с именем Рене Декарта. 25/

9 Лебедев С. А.

Тема 5

Фундаментальный принцип научного познания

мира, согласно Декарту, состоит в том, что наука должна

не просто устанавливать законы реального мира, но

и находить причины всех явлений природы. Весь мир,

по Декарту, — machina mundi, это сложнейший механизм,

созданный величайшим мастером — Богом. Познание

мира сводится поэтому к конструированию его

подобия на основе умозрительных гипотез и с помощью

математической теории. Если Платон утверждал, что

точную науку о природе создать невозможно, то Декарт

провозгласил прямо противоположное: математика —

самая достоверная из наук, она — основа физики.

Образ мира у Декарта дуалистичен: существует

протяженный мир вещей и предметов, res extensa и res

cogitans — непротяженный и неделимый мир духа,

сознания. Источником движения в мире является Бог.

Вершина механистического мировоззрения — система

мира, построенная Исааком Ньютоном и описанная

в его главной книге «Philosophia Naturalis

Principia Mathematica» («Математические начала натуральной

философии»), опубликованной в 1686 г.

В основе концепции мироздания Декарта лежала гипотетическая

физика, иными словами, предположения,

которые не следовали непосредственно из опыта.

Отказавшись от такого подхода, Ньютон провозгласил:

«Hypotheses non fingo» («гипотез не измышляю»). Его

научный метод — это физика принципов, или аксиом,

которые хотя и не могут быть получены логическим

путем из опыта, но обосновываются непосредственным

опытом. Космология Ньютона основана на законе всемирного

тяготения.

R2 (1)

где F— сила тяготения, G— гравитационная константа,

т\,т2— массы взаимодействующих тел, R — расстояние

между ними,

а также на трех механических законах движения.

Используя математический аппарат своей теории,

Ньютон теоретически объяснил законы Кеплера, разработал

теорию движения Луны и комет, объяснил

258 механику возникновения приливов, предложил тео

щременная научная картина мира

рию искусственного спутника Земли, предсказал приплюснутую

форму Земли. Космология Ньютона стала

первой в истории науки подлинно всеобъемлющей гипотетико-

дедуктивной системой мироздания.

Окончательное оформление эта система мира получила

к концу XVIII в. в результате трудов блестящей

плеяды французских и немецких ученых А. Клеро,

М. Эйлера, Ж. Лагранжа, П. Лапласа. И. Канту и Лапласу

принадлежит заслуга создания динамической

модели мироздания.

Термодинамика и электромагнетизм

К рубежу XVIII и XIX вв. ученое сообщество пришло

к мысли, что механистическая теория практически

полностью сняла все проблемы научной картины

мира. Казалось, оправдываются слова, сказанные об

авторе «Начал»: «Ньютон был не только величайшим,

но и счастливейшим из смертных, ибо систему мира

можно создать только один раз».

Явления переноса теплоты объясняли с помощью

механической субстанции — теплорода, были придуманы

и другие такие жидкости — электрические и

магнитные субстанции.

Положение начало меняться в связи с успехами

термодинамики. В середине XIX в. Р. Майер, Дж. Джоуль

и Г. Гельмгольц открыли закон сохранения энергии.

Используя этот закон, А. Эддингтон предложил

первую научную теорию, объясняющую, почему горят

звезды. Согласно его теории, источник энергии звезд —

превращение в тепло энергии гравитационного сжатия.

В XX в. стало ясно, что этот механизм недостаточен,

необходимо учитывать поступление в недрах звезд

энергии, выделяющейся при термоядерной реакции

превращения протонов в ядра гелия.

В 1824 г. Сади Карно открыл второе начало термодинамики,

т. е. закон возрастания энтропии — меры неупорядоченности

систем — во всех необратимых процессах.

Используя этот закон, А. Эддингтон сформулировал

критерий, определяющий направление времени во

Вселенной: стрела времени есть свойство энтропии и

только ее одной.

Q*

Тема 5

Другое следствие из второго начала термодинамики

сформулировал Р. Клаузиус, выдвинув гипотезу «тепловой

смерти» Вселенной: история мира завершится,

когда вследствие непрерывно продолжающегося роста

энтропии он достигнет состояния термодинамического

равновесия, т. е. абсолютного покоя. И тогда стрелка на

часах времени упадет — добавил к этому Эддингтон.

Поскольку после работ Канта и Лапласа стало

ясно, что мир никогда не был сотворен, то возникал

естественный вопрос, почему этого уже не случилось.

Л. Больцман — один из основоположников статистической

физики — попытался снять этот парадокс, предположив,

что наш мир — это не более чем гигантская

флуктуация в необъятной Вселенной, которая в целом

давно уже мертва. Действительное решение проблемы

удалось получить много позже, используя идеи теорий

самоорганизующихся систем.

Все эти открытия существенно обогатили картину

мира, но не привели к смене механистической парадигмы.

По словам Гельмгольца, научное познание мира

будет завершено «по мере того, как будет выполнено

сведение явлений природы к простым силам и будет

доказано, что это единственно возможное сведение,

которое допускают явления». i

Не изменилась эта точка зрения и после того, как

Джеймс Кларк Максвелл, обобщая открытия А. Ампера,

К. Эрстеда и М. Фарадея, сформулировал законы

электромагнетизма. Из уравнений Максвелла следовало

важное предсказание: в пустоте должны распространяться

электромагнитные волны. В 1888 г., спустя 20

лет после опубликования теории Максвелла, Г. Герц

экспериментально доказал существование этого фундаментального

физического явления.

Возникал вопрос, что является носителем электромагнитного

поля. Сам Максвелл считал, что эту функцию

выполняет эфир. «Не может быть сомнений, —

писал он, — что межпланетное и межзвездное пространство

не является пустым, а заполнено некоторой

материальной субстанцией или телом, несомненно

наиболее крупным и, возможно, самым однородным из

260 всех других тел».

Современная научная картина мира

Эта загадочная субстанция — эфирное море — должна

была обладать парадоксальными свойствами: она

должна быть почти абсолютно твердой, т. к. скорость

света очень велика, но одновременно не должна оказывать

никакого сопротивления движению небесных тел.

Передавая свет и другие электромагнитные волны, она

в то же время должна быть абсолютно прозрачной. Все

это изрядно запутывало физическую картину мира. «Мы

не знаем источник механических процессов,— писал

Гельмгольц,— в нашем распоряжении лишь символы,

лишь названия переменных, входящих в уравнения».

Чтобы внести ясность в эти вопросы, надо было

опытным путем обнаружить существование эфира.

Решить эту задачу можно было воспользовавшись тем

обстоятельством, что уравнения Максвелла в отличие

от законов механики Ньютона неинвариантны относительно

системы отсчета. Эту идею использовали А. Майкельсон

и Э. Морли, осуществившие в 1887 г. интерферометрическое

сравнение пучков света, распространявшихся

поперек движения Земли и вдоль него.

Итог опытов сформулирован Майкельсоном в следующих

словах: «Было продемонстрировано, что результат,

предсказываемый теорией неподвижного эфира, не

наблюдается, откуда с необходимостью следует вывод

об ошибочности данной гипотезы».

X. Лоренц и Дж. Фицджеральд предположили гипотезу

сокращения длины тел, в том числе и интерферометра

вдоль направления:

lo to

j, —

г

f i (2), (3)

где с — скорость света, a v — скорость движения.

Как видно из этих преобразований, должен меняться

и темп хода времени. Эта гипотеза снимала проблему,

но ценой ее замены другой, не менее трудной.

На этом проблемы механистической картины мира

не закончились. Из термодинамики и законов электромагнетизма

следовало, что максимальная интенсивность

излучения черного тела должна приходиться на

Тема 5

коротковолновую область спектра. Эксперимент дал

прямо противоположный результат: в этой области

наблюдался минимум излучения. Столь резкое расхождение

теории с экспериментом получило название

«ультрафиолетовой катастрофы».

Однако все эти неудачи теории мало повлияли на

веру большинства ученых во всесилие механической

картины мира.

Лорд Кельвин (У. Томсон), встречая новый XX в.,

произнес тост за успехи теоретической физики, на

ясном небосводе которой осталось лишь два облачка —

неудача опыта Майкельсона —Морли и «ультрафиолетовая

катастрофа».

Произнося эти слова, сэр Уильям показал себя не

только неисправимым оптимистом, но и провидцем: из

первого упомянутого им «облачка» очень скоро родилась

теория относительности, а из второго — квантовая

механика.

Кванты и относительность

Сначала была решена проблема «ультрафиолетовой

катастрофы». И привело это к радикальному пересмотру

фундаментальных понятий материи и поля.

Первый шаг в этом направлении в 1900 г. сделал Макс

Планк, выдвинувший гипотезу о квантах электромагнитного

излучения. Согласно этой гипотезе, излучение

испускается в виде отдельных порций энергии (квантов),

величина которых пропорциональна частоте излучения:

Е= hv,

где h — фундаментальная постоянная, имеющая размерность

действия (эрг • с) и впоследствии названная планковской.

Используя эту гипотезу, Планк получил выражение

для распределения энергии в спектре излучения

черного тела, совпадающее с экспериментом.

Следующий шаг в 1905 г. сделал Альберт Эйнштейн,

который показал, что свет не только испускается, но и

поглощается в форме квантов энергии. После этого такие

262 квантованные порции электромагнитного излучения ста

Современная научная картина мира

ли называть фотонами. Стало ясно, что электромагнитное

излучение обладает парадоксальными свойствами: в некоторых

опытах оно проявляет свои волновые свойства, в

других оно напоминает поток корпускул, фотонов.

А вскоре де Бройль выдвинул гипотезу, что этот

дуализм корпускулярных и волновых свойств присущ

не только свету, но и веществу, элементарным частицам.

Через несколько лет К. Дэвидсон исследовал рассеяние

пучка электронов на монокристаллической мишени

и показал, что этот процесс идет в точном соответствии

с формулой де Бройля, определяющей

волновые свойства электронов.

Становилось все более ясно, что физические свой

ства элементарных частиц — наименьших порций

материи — мало напоминают то, что можно сказать о

них на основании механистической картины мирозда

ния. В 1927 г. Вернер Гейзенберг показал, что описа

ние поведения элементарных частиц с помощью клас

сических понятий координат, импульса и энергии лишь

приблизительно соответствует их реальным свойствам.

Соответствующее ограничение получило название со

отношений неопределенности Гейзенберга:

Ар-Ах> — И)

2тг

AE-At> — (5)

2тг'

Здесь х— координата частицы, p = mV— ее импульс,

Е — энергия, t — момент времени.

Смысл формул (4) и (5) состоит в том, что нельзя

одновременно точно определить значения координаты

и импульса частицы, а также энергии для данного мо

мента времени.

В классической механике поведение материальной

частицы описывается основным законом динамики

(второй закон Ньютона). Заметим, что Ньютон сфор

мулировал этот закон для материальной точки, которая

имеет массу, но не имеет размера. Как следует из

Тема 5

принципа дуализма волна-частица и соотношений неопределенности,

для описания поведения элементарных

частиц этот закон неприменим. Выход из этого положения

нашел Эрвин Шредингер, который воспользовался

идеей де Бройля, сопоставив движение микрочастицы

с комплексной функцией координат и времени,

которую он назвал волновой и обозначил буквой \Р.

Решение волнового уравнения Шредингера для функции

. характеризует состояние микрочастицы.

Уравнение Шредингера является основным уравнением

квантовой механики. Физический смысл волновой

функции W указал М. Борн. Квадрат модуля Ч?

определяет вероятность того, что микрочастица будет

обнаружена в пределах некоторого объема. Предсказания

квантовой механики, таким образом, в отличие от

классики носят вероятностно-статистический характер.

Переход к квантово-механической картине мира

позволил снять противоречия, возникшие в связи с

«ультрафиолетовой катастрофой». Чтобы сделать понятной

неудачу опыта Майкельсона-Морли по поиску

эфира, потребовалось описать картину мира на языке

теории относительности.

В 1905 г. А. Эйнштейн опубликовал работу «К электродинамике

движущихся тел», в которой заложил

основы специальной теории относительности. Предложенный

им способ решения проблемы состоял в том,

чтобы превратить ее в принцип. В основу своей теории

он положил два постулата: 1. Скорость света в

вакууме одинакова во всех системах координат, движущихся

равномерно и прямолинейно друг относительно

друга. 2. Во всех таких системах координат одинаковы

все законы природы (принцип относительности).

Из этих постулатов вытекали следствия, ведущие к

радикальному пересмотру классической картины мира.

Во-первых, оказалось, что не существует ни абсолютного

времени, ни абсолютного пространства. Ход времени

зависит от системы координат. Во-вторых, стало

ясно, что законы природы инвариантны относительно

преобразований Лоренца (2)-(3). Отсюда, между прочим,

следовал знаменитый «парадокс близнецов».

В-третьих, оказалось, что с увеличением скорости тела

2В4 кинетическая энергия как бы увеличивает его сопротив

Совремвнная научная картина мирз БИЯ

ление движению, а масса тела при этом возрастает. Отсюда

в свою очередь следовало установленное Эйнштейном

соотношение эквивалентности массы и энергии:

Е = тс2, (6)

где с — скорость света. Стало ясно, что масса и энергия по

существу сходны, это только разные выражения одного

и того же свойства реальности. Формулу (б) можно

рассматривать как обобщенный закон сохранения энергии.

Принято считать, что именно благодаря дефекту

массы при реакции превращения протонов в ядра гелия

в соответствии с формулой (6) в недрах звезд выделяется

достаточное количество энергии, чтобы поддерживать

их существование в течение миллиардов лет.

Четвертое следствие получил Г. Минковский. Он

показал, что в рамках модели мира, соответствующей

теории относительности, пространство и время — это

единый четырехмерный феномен, а не раздельные

автономные сущности.

Осталось решить проблему гравитации. Эту задачу в

1916 г. решил Эйнштейн, создав общую теорию относи

тельности (ОТО). Если для формулирования законов клас

сической механики Ньютону потребовался аппарат диф

ференциального и интегрального исчисления, то в основу

ОТО была положена неевклидова геометрия Римана и

тензорный анализ. Из ОТО следовало, что гравитация —

это искривление пространства вблизи массивных тел.

Картина мира, соответствующая ОТО, содержит

всего две автономные реальности — вещество и поле.

Законы тяготения — это структурные законы, описы

вающие гравитационное поле между материальными

объектами. Между материей и полем в ОТО нет каче

ственного различия: вещество находится там, где кон

центрация поля максимальна, поле — там, где она мала.

Эйнштейн полагал, что в перспективе всю теорию

удастся свести к единственной реальности — полю.

Вселенная, описываемая ОТО, была стационарной.

В 1922 г. А.А. Фридман, анализируя уравнения ОТО,

показал, что теория содержит и нестационарные ре

шения: Вселенная может расширяться. Впоследствии

Эйнштейн признался, что не заметив этого решения, „щ

он совершил самую большую ошибку в своей жизни. .«3

»

Тема 5

В 1929 г. Э. Хаббл, наблюдая красное смещение в

спектрах излучения далеких галактик, доказал, что

Вселенная расширяется на самом деле. Зная скорость,

с которой разбегаются галактики, можно было рассчитать,

когда начался этот процесс. Согласно современным

оценкам, это произошло 13,7 миллиардов лет назад.

Событие, которое привело к возникновению Вселенной,

получило название Большой Взрыв.

Интересно оценить масштабы пространства, времени

и энергии, которые соответствуют этой стадии эволюции

нашего мира. Для этого можно воспользоваться

численными значениями фундаментальных констант —

постоянной Планка h = 6,62-10 ~ 2 7 эрге, скоростью света

с = 3-1010 см/с и гравитационной постоянной

G^6,6740-^^l (7)

2

и рассчитать соответствующую величину этих масштабов:

Ю-ззс, 10-43см, Ю^ГэВ.

Эти величины длины, времени и энергии получили

название планковских масштабов. Их смысл состоит

в том, что они определяют ту границу, до которой

применима современная физическая теория. На меньших

масштабах перестают работать причинно-следственные

связи и ничего нельзя сказать ни о структуре

пространства, ни о поведении времени.

Вакуум, микрочастицы к Вселенная

Из ОТО следует, что наш мир произошел вследствие

Большого Взрыва, причем произошел из вакуума.

Не противоречит ли это утверждение закону сохранения

массы-энергии (6)? Полная масса замкнутой

фридмановской Вселенной, а значит, и ее энергия

равна нулю. Это объясняется тем, что положительная

энергия (масса) Вселенной компенсируется отрицательной

энергией гравитационного взаимодействия

всех ее частей. Энергия вакуума тоже равна нулю,

поэтому рождение из него Вселенной закону сохранения

энергии не противоречит.

Современная научная картина мира

Однако описать этот процесс с помощью ОТО невозможно,

т. к. она не учитывает квантовых эффектов,

которые при планковских масштабах должны играть

главную роль. Для описания свойств мира на этапе его

рождения из вакуума требуется теория квантовой гравитации,

которая находится пока на стадии формирования.

Большинство физиков полагает, что в наибольшей

степени для моделирования этих вопросов подходит теория

суперструн, самый значительный вклад в развитие

которой внес Э. Виттен. Всем известно, что такое обычная

струна, способная колебаться с разными частотами.

Суперструна— это топологическое обобщение этого

простого образа, объединяющее бесконечное число полей.

Эта теория дает ответ на вопрос, откуда и каким

образом возникают фундаментальные взаимодействия —

гравитационные, электромагнитные и ядерные — сильные

и слабые. Их источником является многомерная

топология. Согласно теории, при очень больших энергиях

все разновидности взаимодействий объединяются в

универсальный тип — Супергравитацию. Развитие этих

представлений может в дальнейшем значительно изменить

современные взгляды на структуру мира.

Существуют ли прямые экспериментальные подтверждения

феномена Большого Взрыва, помимо численных

оценок, следующих из модели Фридмана и

закона-Хаббла? В 1965 г. А. Пензиас и Р. Вильсон открыли

реликтовое излучение с температурой 3,5 ° К,

равномерно поступающее из далеких глубин Вселенной.

А согласно теории Г. Гамова, температура Вселенной,

которая на стадии Большого Взрыва была очень

высока, в результате последующего расширения должна

была обусловить возникновение к настоящему

времени холодного фонового излучения с температурой

около 5 ° К. После этого открытия теория Большого

Взрыва стала почти общепризнанной.

Как развивалась история Вселенной на самых

ранних стадиях рождения нашего мира, когда его размеры

были много меньше протона? На этот вопрос

отвечает весьма экзотическая теория инфляции, или

раздувания, предложенная А. Гутом и А.Д. Линде. Согласно

этой теории, за время порядка Ю -3 3 с Вселенная

раздувается до размеров, близких к современным, а 267

Тема 5

микронеоднородности, порожденные квантовыми флуктуациями

(см. формулу 5), могли послужить гравитационными

зародышами, из которых позже выросли звезды

и галактики. Благодаря этой теории делается более

понятным и вопрос, откуда взялась энергия, необходимая

на создание материи. Ее источником послужила огромная

гравитационная энергия молодой Вселенной. Вот

как описывает этот процесс один из авторитетных специалистов

по космологии С. Хокинг: «Вселенная взяла

в долг огромное количество отрицательной гравитационной

энергии, которая точно уравновесила положительную

энергию материи. Во время инфляции Вселенная

брала огромные долги у гравитационной энергии, чтобы

финансировать создание новой материи. В результате

восторжествовала кейнсианская экономика: получилась

сильная экспансивная Вселенная, полная материальных

объектов. А долг гравитационной энергии не

будет погашен до конца Вселенной».

Ничто, Пустота, из которой родились Вселенная, —

это не тот вакуум, который в 1644 г. был открыт учениками

Галилея Э. Торричелли и В. Вивиани. Это был

совсем другой пласт реальности — физический, или

квантовый, вакуум, открытый в 1928 г. П.А.М. Дираком.

Ему удалось обобщить уравнения квантовой механики

на случай скоростей, близких к скорости света.

Из его теории следовало, что электрон, как и все остальные

элементарные частицы, может обладать не

только положительной, но также и отрицательной энергией.

Понять физический смысл этого предсказания

теории было непросто. Чтобы разобраться в этом вопросе,

Дирак воспользовался тем обстоятельством, что

помимо массы и заряда, электрон обладает и третьей

столь же фундаментальной характеристикой — спином.

Спин, что по-английски означает «кручение», «волчок

» — это квантовое число, равное собственному моменту

количества движения частицы. Для электрона

спин может иметь только одно из двух значений

5 = ± 1 / 2.

Для подобных частиц с полуцелым спином известен

принцип запрета, сформулированный В. Паули: в

268 квантовой системе на одном энергетическом уровне

Современная научная картина мира

могут находиться лишь две частицы с противоположно

направленными спинами. Дирак воспользовался этим

правилом и предположил, что в области отрицательной

энергии заняты все уровни, а потому находящиеся на

них электроны представляют собой квантовый вакуум.

Этот феномен получил название «вакуумного моря»

Дирака. Однако если на это «море» направить мощный

импульс гамма-излучения, то получивший его электрон

приобретет положительную энергию и перейдет в реальный

мир. В «море» остается «дырка», во всем похожая

на электрон, только заряд у нее будет положительным

— это следствие закона сохранения заряда.

В 1932 г. К. Андерсон, исследуя космические лучи,

открыл эту «дырку» и назвал ее позитроном. Андерсон

получил за свое открытие Нобелевскую премию, а Дирак

— подтверждение своей теории о квантовом вакууме.

В 1980 г. А.Е. Акимов предложил новую теоретическую

модель квантового вакуума. В основу этой модели он

положил два постулата. Во-первых, предполагается, что

каждый элемент Вселенной — независимо оттого, содержит

он материальные тела или их там нет, — заполнен

свертками из круговых волн электронов и позитронов.

Такая свертка, очевидно, обладает нулевым суммарным

зарядом; равен нулю у нее и спин, т. к. спины образующих

ее частиц направлены навстречу друг к другу.

Второй постулат состоит в том, что нулю равна и

суммарная масса свертки. Это следствие закона сохранения

массы-энергии (6): при образовании свертки ее

масса преобразуется в энергию пары гамма-квантов.

Акимов предложил называть эту квантовую систему,

имеющую нулевые значения массы, заряда и спина,

фитоном. Заметим, что предсказание о неизбежности

взаимной аннигиляции электрона и позитрона при их

встрече следует из релятивистской теории Дирака.

Фитонная модель квантового вакуума позволяет поновому

объяснить возникновение фундаментальных

взаимодействий. Поставим мысленный эксперимент —

поместим заряженное электрически тело в фитонный

вакуум. Следствием этого будет зарядовая поляризация

фитонов, электрические заряды, образующие

свертку, уже не будут полностью компенсировать друг

друга, а немного сместятся в направлении внешнего ТОО

Тема 5

поля. Каждая частица начнет раскачиваться вверх и

вниз относительно уровня минимальной энергии. Такую

зарядовую поляризацию фитонного вакуума можно

интерпретировать как электромагнитное поле.

Если в качестве источника возмущения вакуума

выбрать не заряд, а массу, то система фитонов приобретет

продольную спиновую ориентацию, которая будет

соответствовать гравитационному полю. А что произойдет,

если источником возмущения будет тело, создающее

угловой момент вращения, например, детская игрушка —

волчок? Вакуум немедленно отзовется на это — произойдет

поперечная спиновая ориентация фитонов.

Оказывается, таким образом, что электромагнитное

поле можно понимать как зарядовую поляризацию

вакуума, а гравитационное — как продольные упорядоченные

по спину состояния фитонов. В третьем эксперименте

мы получили принципиально новый тип

фундаментальных взаимодействий — кручение вакуума.

Этот тип взаимодействий получила название торсионного

(torsion означает кручение).

Существование торсионных полей еще в 1922 г.

постулировал Э. Картан. Однако в его теории не учитывались

спиновые эффекты и, кроме того, его уравнения

не содержали угловых координат. Поэтому он

не смог правильно оценить константу этих взаимодействий.

Эта задача была в 1980-х гг. решена Г.И. Шиповым,

который разработал теорию физического вакуума,

используя геометрию ученика Г. Римана Риччи,

содержащую угловые координаты. Теория Шипова не

содержит ограничений на величину константы торсионных

взаимодействий. Факт существования в природе

этого нового типа полей к настоящему времени

подтвержден в многочисленных экспериментах.

Физические свойства торсионных полей уникальны.

Во-первых, взаимодействие торсионных квантовых

вихрей носит не энергетический, а чисто информационный

характер и, следовательно, на них не распространяется

следующий из теории относительности запрет

на существование свехсветовых скоростей. Для торсионных

полей этот запрет снимается по той причине, что

они обладают свойством нелокальности. Во-вторых, по

той же самой причине /а,ля их интенсивности отсутству

Современная научная картина мира |

ет обратная зависимость от квадрата расстояния, как в

случае электромагнитных и гравитационных полей. По

этим причинам торсионные поля — идеальное средство

для связи на межзвездных расстояниях. О возможности

использовать их для этой цели свидетельствуют эксперименты,

проведенные в разное время Н.А. Козыревым,

М.М. Лаврентьевым и А.Ф. Пугачем.

Любое твердое тело, поскольку оно представляет

собой ансамбль элементарных частиц, обладающих спином,

при ускоренном движении вносит возмущение в

«фитонное море», приводя к его поляризации по массе.

Это также торсионный эффект, но проявляется он уже

не в виде возбуждения торсионных полей, несущих информацию,

но не энергию, а в форме возникновения всем

хорошо известных сил — сил инерции. Становится, таким

образом, ясным механизм возникновения этих сил,

триста лет остававшийся нераскрытым. Понятным становится

и «внутреннее» родство сил инерции и гравитации,

а также равенство инерционной и гравитационной

масс — они обусловлены одними и теми же эффектами

искривления и кручения физического вакуума.

Механизм возбуждения электромагнитных и торсионных

полей также обладает сходными чертами. Это

приводит к возникновению еще одного типа комбинированных

полей — электроторсионных. Эти поля тоже

наблюдаются в экспериментах.

Рассмотрим энергетические свойства квантового

вакуума. Из соотношения неопределенности (5) и закона

сохранения массы-энергии (6) можно рассчитать

промежуток времени, соответствующий массе электрона:

At= 10~21с Смысл этих расчетов с точки зрения

классической механики кажется безумным: в течение

столь малых промежутков времени энергия вакуума

испытывает достаточно большие колебания, чтобы за

это время из него рождались электроны — и все прочие

элементарные частицы.

Такие частицы назвали виртуальными. Индивидуально

они никак не проявляют себя, но как системный ансамбль

вполне заметно влияют на различие свойства материи

(магнитный момент электрона, спектральные характеристики

атомов и др.). Таким образом, этот вакуумный

виртуальный «туман» — совершенно реальный феномен.

Тема 5

Флуктуации энергии квантового вакуума, определенные

формулами (5) и (6) имеют бесконечно широкий

диапазон частот. Если взять интеграл по всем частотам,

то получим бесконечно большую величину энергии.

Не находя этому факту объяснения, теоретики

предложили принимать ее за нулевой уровень энергии

квантового вакуума.

Поэтому есть основания думать, что именно сложные

структуры квантового вакуума — та первооснова,

которая определяет фундаментальные свойства нашего

мира в целом. Используя эту идею, Дж. Уилер

оценил минимальную величину флуктуации энергии

квантового вакуума. Чтобы провести этот несложный

расчет, он воспользовался численными значениями

планковских масштабов (7) — и получил умопомрачительную

величину:

Е=1(^5г/смЗ=1011бЭрг/смЗ. (8)

Эти экстремальные оценки позволили Уилеру утверждать,

что окружающий нас мир вещества, заполняющего

Вселенную во всех его формах, буквально погружен в

океан вакуума, насыщенный энергией. Все события, которые

мы наблюдаем в нашем материальном мире, — не

боле, чем легкая рябь на поверхности этого океана.

Нелинейная Вселенная

Первая научная картина мира была построена

Исааком Ньютоном. Несмотря на внутреннюю парадоксальность,

она оказалась удивительно плодотворной,

на долгие годы предопределив самодвижение научного

познания мира. В этой удивительной Вселенной не

было места случайностям, все события были строго

предопределены жестким законом причинности. А у

времени было еще одно странное свойство: из уравнений

классической механики следовало, что во Вселенной

не изменится ничего, если оно вдруг начнет течь

в противоположном направлении.

Все было бы хорошо, если бы не одна особенность

реального мира — его склонность к хаотическим состояниям.

Хаос — это enfante terrible классической теории.

Современная научная картина мира

—

С точки зрения классики — это нонсенс, то, чего

быть не может. Открытия термодинамики заставили

посмотреть на проблему по-иному: был сделан вывод,

что хаос, состояние «тепловой смерти» — это неизбежное

конечное состояние мира.

Стало ясно, что не найдя научного подхода к изучению

явлений хаоса, мы заведем научное познание

мира в тупик. Существовал простой способ преодоления

этих трудностей: следовало превратить проблему

в принцип. Хаос — это свободная игра факторов, каждый

из которых, взятый сам по себе, может показаться

второстепенным, незначительным. В уравнениях математической

физики такие факторы учитываются в

форме нелинейных членов, т. е. таких, которые имеют

степень, отличную от первой. А потому теорией хаоса

должна была стать нелинейная наука.

Классическая картина мира основана на принципе

детерминизма, на отрицании роли случайностей.

Законы природы, сформулированные в рамках классики,

выражают определенность. Реальная Вселенная

мало похожа на этот образ. Для нее характерны стохастичность,

нелинейность, неопределенность, необратимость.

Понятие «стрелы времени» утрачивает для нее

прежний ясный смысл.

В нелинейной Вселенной законы природы выражают

не определенность, а возможность и вероятность.

Случайности в этой Вселенной играют фундаментальную

роль, а ее наиболее характерным свойством являются

процессы самоорганизации, в которых и сам хаос

играет конструктивную роль.

Формирование научного аппарата нелинейной картины

мира происходило по нескольким направлениям.

В математике это теория особенностей (А. Пуанкаре,

А.А. Андронов, X. Уитни) и теория катастроф (Р. Том,

К. Зиман, В.И. Арнольд). Ключевые термины, введенные

в этих теориях, это бифуркация — процесс качественной

перестройки и ветвления эволюционных паттернов

системы, катастрофы — скачкообразные изменения

свойств системы, возникающие на фоне плавного изменения

параметров, аттрактор — «притягивающее» состояние,

в котором за счет отрицательных обратных связей

автоматически подавляются малые возмущения.

Тема 5

В физике, химии и биологии — это работы И.Р. Пригожина

и возглавлявшейся им Брюссельской школы по

термодинамике необратимых процессов. Итогом их исследований

стало возникновение нового научного направления

— теории неравновесных процессов. Профессору

Штутгартского университета Г. Хакену, много

сделавшему для исследования этих процессов, принадлежит

удачный термин — синергетика (по-гречески

synergos означает согласованный). В России это работы

СП. Курдюмова, Г.Г. Малинецкого, А.А. Самарского.

Рассмотрим базовые принципы нелинейного образа

мира. Во-первых, это принцип открытости. Система

является открытой, если она обладает источниками

и стоками по веществу, энергии и (или) информации.

Во-вторых, это принципы нелинейности. Вот пример

нелинейных процессов: возьмите лист бумаги и сложите

его пополам. Потом еще раз пополам — и так

далее 40 раз. Попробуйте угадать, какой толщины получится

у вас эта стопка бумаги, не заглядывая на

следующую строчку. А проведя нехитрый арифметический

подсчет, вы получите поразительный результат

— 350 000 км, расстояние от Земли до Луны!

В-третьих, это когерентность, т. е. самосогласованность

сложных процессов. Принцип когерентности

используется, например, в лазерах.

Используя эти принципы, перечислим основные

отличительные свойства мира, подчиняющегося нелинейным

закономерностям.

1. Необратимость эволюционных процессов. Барьер,

который препятствует стреле времени обратить

свой вектор в противоположную сторону, образует

нелинейные процессы.

2. Бифуркационный характер эволюции. Принципиальная

отличительная особенность развития нелинейных

систем — чередование периодов относительно монотонного

самодвижения в режиме аттракции и зон

бифуркации, где система утрачивает устойчивость по

отношению к малым возмущениям.

В результате за зоной бифуркации открывается целый

спектр альтернативных эволюционных сценариев.

Это означает переход от жесткого лапласовского

принципа детерминизма к бифуркационному вероятСовременная

научная картина мира

ностному принципу причинно-следственных связей.

3. Динамизм структуры саморазвивающихся систем.

Существует два типа кризисов эволюционирующей

системы — структурный и системный. В случае

первого после зоны бифуркации она может сохранить

устойчивость за счет перестройки своей

структуры, во втором случае она переходит на

качественно новый уровень.

4. Новое понимание будущего. К зоне бифуркации

примыкает спектр альтернативных виртуальных

сценариев эволюции. И следовательно, паттерны

грядущего существуют уже сегодня, будущее оказывает

влияние на текущий процесс — этот вывод

полностью противоречит классике.

Нелинейная наука ведет к эволюционной синергетической

парадигме. Принятие этой парадигмы означает,

во-первых, отказ от базовых постулатов традиционной

науки:

— от принципов существования абсолютно достоверной

истины и абсолютно-достоверного

знания;

— от принципа классической причинности;

— от редукционизма;

— от концепции линейности;

— от гипотезы апостериорности, т. е. приобретения

знаний исключительно на основе прошлого

опыта.

Во-вторых, это принятие синергетических принципов

конструирования картины мира:

1. Принцип становления: главная форма бытия — не покой,

а движение, становление. Эволюционный процесс

имеет два полюса: хаос и порядок, деконструкция.

2. Принцип сложности: возможность обобщения, усложнения

структуры системы в процессе эволюции.

3. Принцип виртуальности будущего: наличие спектра

альтернативных паттернов в постбифуркационном

пространстве-времени.

4. Принцип подчинения: минимальное количество

ключевых параметров, регулирующих процесс

происхождения бифуркации.

5. фундаментальная роль случайностей в зоне бифуркации.

Тема 5

...—_

6. Принцип фрактальности: главное в становлении не

элементы, а целостная структура.

7. Принцип темпоральности: суперпозиция различных

темпоритмов элементов системы.

8. Принцип дополнительности: возможность моделирования

эволюции системы с помощью нескольких

параллельных теоретических подходов.

В свое время классическая картина мира казалась

удобной для развития гуманитарных научных дисциплин.

Адам Смит и Давид Риккардо, создавая политическую

экономию, ввели понятие «невидимой руки рынка

», принцип которой им подсказали идеи Ньютона о

гравитации. Томас Гоббс, разрабатывая теорию государства,

вдохновлялся теорией атомного строения материи.

Методы нелинейной науки, зародившиеся в сфере

современного естественно-научного знания, оказались

весьма перспективными при исследовании проблем социально-

культурной динамики. Биологические и социальные

констелляции относятся к классу самоорганизующихся

систем, а потому моделирование методами

синергетики их структурных и эволюционных характеристик

позволило получить неплохие результаты,

интересные в научном и практическом отношениях.

Современный глобальный кризис в значительной

мере обусловлен отставанием научной методологии

прогнозирования от практических потребностей. Во

многом это объясняется тем, что до сих пор не преодолено

наследие классической методологии, а принципы

нелинейности мышления еще не получили адекватного

применения в области гуманитарного научного знания.

| ФИЛОСОФИЯ НАУЧНОЙ КАРТИНЫ МИРА

Философия механистической картины мира

Научной философией Ньютона являлась экспериментальная

философия. В ее основу были положены

следующие правила философствования:

1. Не должно приписывать природных причин сверх

тех, которые истинны и достаточны для объяснения

явлений.

Современная научная картина мира |

2. Следует, насколько возможно, приписывать одним

и тем же следствиям одни и те же причины.

3. Основой научных доказательств является эксперимент,

причем непосредственный, а не мысленный,

как это предлагал Декарт.

Принципы построения «Начал», где изложена механистическая

картина мира, Ньютон заимствовал у

Евклида: сначала формулируются аксиомы, или законы,

затем из них выводятся следствия, которые можно проверить

на опыте. Декарт развивал гипотетическую физику,

в основе которой лежали умозрительные предположения,

не следующие непосредственно из опыта.

Физика принципов Ньютона основана на введении

аксиом, которые могут не иметь логического обоснования,

но истинность которых доказывается опытом.

Символом метафизики Ньютона является сформулированный

им основной закон динамики:

I F = та, (8)

где F — сила, действующая на тело с массой m, a — ускорение,

которое она сообщает этому телу. В этой формуле

введены три метафизические категории: во-первых,

масса как мера инертности тел, во-вторых, сила —

фактор, который изменяет состояние покоя или равномерного

и прямолинейного движения, и ускорение —

характеристика свойств пространства и времени.

Эти свойства, согласно Ньютону, парадоксальны:

речь идет об абсолютно пустом пространстве и абсолютном

времени. Оба метафизических понятия всегда

вызывали большие споры. Сам Ньютон вкладывал в

них теологический смысл. «Бог, — писал он, — это бестелесное

существо, живое, разумное, всемогущее, которое

в бесконечном пространстве, как бы в своем

чувствилище, видит все вещи вблизи, прозревает их

насквозь и понимает их благодаря непосредственной

близости к ним». Ко времени Лапласа эти теологические

рассуждения Ньютона были прочно позабыты.

Введенная Ньютоном в законе всемирного тяготения

сила гравитации также явилась метафизической

категорией: речь шла о мгновенном взаимодействии

тел, передаваемом на любые расстояния, причем без

Тема 5

Современная научная

картина

мира

каких-либо посредников. Это был загадочный принцип

дальнодействия. Декарт пытался снять проблему, заполнив

пространство эфирными вихрями. Ньютон

опроверг эту гипотезу как необоснованную: «Причину

свойств силы тяготения я до сих пор не смог вывести

из явлений. Гипотез же я не измышляю».

Позднее стало ясно, что для гравитации и других сил

можно ввести понятие потенциала, определенного в каждой

точке пространства. А это уже понятие поля, которое

и можно рассматривать в качестве переносчика взаимодействия.

Ключевыми метафизическими категориями в

механистической картине мироздания были понятия

массы и инерции. Загадкой, не имевшей никакого объяснения,

оставалось равенство гравитационной и инертной

масс, которое с высокой точностью было доказано в конце

XVIII в. в опытах Г. Кавендиша. Что касается инерции,

то Ньютон мог дать о ее природе всего лишь тавтологический

комментарий: «Врожденная сила материи есть

присущая ей способность сопротивления, по которой

всякое отдельно взятое тело, поскольку оно предоставлено

самому себе, удерживает свое состояние покоя или

равномерного и прямолинейного движения».

В этих достаточно неясных рассуждениях скрывалась

еще одна метафизическая тонкость: по существу

речь шла о состоянии покоя или равномерного и прямолинейного

движения относительно абсолютного

пространства, причем в абсолютном времени. Существовал

только один способ определить систему координат,

связанную с абсолютным пространством, —

связать ее со сферой неподвижных звезд. Во времена

Ньютона это могло казаться приемлемым, но для нас

лишено смысла. Пространство и время в классической

картине мира — абсолютно самодостаточные категории,

существующие безотносительно чего-либо и никак

не зависящие от присутствия в них материи.

Абсолютно пустое пространство механистической

картины мира обладает свойствами однородности и изотропности,

откуда следуют законы симметрии: изменение

координат или их поворот не влияют на законы механики.

В 1918 г. Э. Нетер показала, что отсюда следуют механические

законы сохранения импульса mv и момента

278 импульса mv2. Что касается закона сохранения кине

тической энергии mv2/2, то он является следствием равномерности

хода часов абсолютного времени.

Попытку объяснить свойство инерции предпринял

Э. Мах, связав его с влиянием далеких звезд. Но это

было объяснение ad hoc: речь шла о мгновенном воздействии

на межзвездных расстояниях.

При всей своей загадочности инерция имела совершенно

ясную количественную меру— массу. Со

времен Ньютона ее принято рассматривать как основную

характеристику материи. Напомним, что, согласно

Аристотелю, материя не поддается количественному

описанию, т. к. представляет собой изменчивую и

текучую субстанцию, а по Декарту материя — это протяженный

континуум, заполняющий все пространство

и доступный математическому описанию. Существовала

и еще одна точка зрения на сущность материи, которую

отстаивал противник Декарта и сторонник материалистического

сенсуализма П. Гассенди: материя

состоит из атомов, обладающих свойствами неделимости,

неизменности, тяжести и разделенных бестелесной

пустотой. Близкую позицию занимал и Хр. Гюйгенс,

который утверждал, что материя, состоящая из

атомов, и пространство разделены, а действия на расстоянии

быть не может.

Физическая модель мироздания, построенная в рамках

механистического мировоззрения, явилась плодом

свободного творения человеческого разума. Это была

превосходная материалистическая модель, позволяющая

решать большое количество практических задач, включая

освоение космического пространства, и в наше время.

Философия квантовой теории

Квантовая механика предсказывает не события, а

их вероятности. Эйнштейн заметил по этому поводу,

что он не верит, будто Бог играет в кости. Смысл квантовомеханических

предсказаний многим представлялся

смутным. Р. Фейнман заявил в своей Нобелевской

лекции: «Мне кажется, я смело могу заявить, что квантовой

механики никто не понимает».

Рассмотрим основные варианты интерпретации

смысла квантовомеханических расчетов. Наиболее рас- 2/и

puffin Тема 5 Современная научная картина мира

лространенным является подход, предложенный НильСтатистическую

интерпретацию отстаивал Д.И. Блосом

Бором и Максом Борном и получивший название хинцев, который обратил внимание на тот факт, что

Копенгагенской интерпретации. Разъясняя смысл этообъектом

применения квантовой механики по существу

го подхода, Борн писал: «Природа не может быть опиявляются

не отдельные частицы, а квантовый ансамбль.

сана с помощью частиц или волн в отдельности, а тольА

поэтому поведение микрочастиц определяется совоко

с помощью более сложной математической теории. купностью статистических закономерностей.

Этой теорией является квантовая механика, которая заВ

1957 г. X. Эверетт предложил наиболее парадокменяет

собой обе эти модели и только с определенными сальную интерпретацию, которая получила название

ограничениями представляет ту или иную из них». многомировой. Его идея вызвала крайне противоречивую

В мире квантовых явлений мы имеем дело с законореакцию

в научном сообществе, многие ее решительно

мерностями, не поддающимися детерминистическому отвергли как абсурдную, но некоторые ее приняли, поанализу.

Существенно новой чертой исследования этих скольку не увидели конкурентоспособных альтернатив.

явлений оказывается фундаментальное различие межИзвестен

квантово-механический парадокс, свяду

макроскопическим измерительным прибором и микзанный

с наблюдением интерференционной картины,

роскопическими изучаемыми объектами. Работу прибовозникающей

при происхождении пучка электронов

ров приходится описывать на языке классической фиили

светового луча (т. е. пучка фотонов) через пару

зики, не вводя кванта действия. В силу этих причин, если узких щелей. Парадокс состоит в том, что интерференв

классике взаимодействием между прибором и объекционная

картина возникает даже в том случае, когда

том можно пренебречь, то в квантовой физике оно сона

щель падает один электрон или один фотон. С точки

ставляет неотъемлемую часть самого явления. Эта осозрения

стандартной квантовой теории это должно озбенность

приводит к тому, что повторение одного и того начать, что фотон расщепляется на две части, одна из

же опыта дает, вообще говоря, разные результаты, кокоторых

проходит сквозь одну щель, а другая через

торые, следовательно, могут выражаться в форме веровторую,

после чего обе части интерферируют на экраятностных

(статистических) закономерностей. не. Этого однако не может быть, потому, что фотон —

Обобщая этот отказ от классического идеала деэто

минимальная порция, квант электомагнитного изтерминизма,

Бор сформулировал его в виде принципа лучения (см. формулу (3)).

дополнительности. Количественное выражение этот Чтобы снять этот парадокс, Эверетт предложил

принцип находит, по его словам, в форме соотношегипотезу,

согласно которой, кроме реальной Вселенной,

ний неопределенности Гейзенберга (4), (5), которые в которой мы живем, параллельно существует множефиксируют

границы применимости к квантовым объекство

ее двойников — «теневых» Вселенных. Эти двойтам

кинематических и динамических переменных, заники,

в которых обитают и бесчисленные дублеры

имствованных из классической физики. Развивая свои уважаемых читателей, никак не проявляют себя. За

мысли о принципе дополнительности, Бор отметил, что одним исключением: при прохождении «нашего» элекон

может быть применен также и при анализе процестрона

сквозь «наши» щели он взаимодействует со свосов

с о ци о культур ой динамики. им «теневым» партнером, снимая тем самым парадокс,

Второй подход к интерпретации квантовой механиот

которого у физиков болит голова. То же самое проки

называют неоклассическим. Сторонники этого подхоисходит

при всех других квантовых событиях.

да (Д. Бом и др.) полагают, что классический принцип Природа реальности, гласит гипотеза Эверетта,

причинности можно сохранить, если ввести в теорию состоит в том, что помимо нашего мира — параллельно

некие скрытые неизвестные пока параметры. Однако этот с ним существует множество его двойников, причем

подход непродуктивен, т. к. никому из его защитников не число этих двойников увеличивается с каждой наносе280

удалось раскрыть природу этих скрытых параметров. кундой. Д. Дойч, посвятивший обоснованию этих идей

Тема 5

книгу «Природа реальности», предложил назвать этот

непрерывно ветвящийся мир мультиверсом (multiverse

от английского слова universe, Вселенная). Смысл этой

гипотезы он комментирует следующим образом: «Кто

такие "мы" ? Пока я пишу эти строки, множество "теневых"

Дойчей делают то же самое и не одна копия этих

Дойчей не занимает в мультиверсе привилегированного

положения. Между собой Дойчи-двойники никак не

взаимодействуют, а потому нам никогда не узнать, разделяют

ли они взгляды "нашего" Дойча на проблему

реальности». Именно этот более чем странный мир описывает,

по его словам, квантовая механика.

«Это не бред сивой кобылы, — говорит по этому

поводу патриарх отечественной физики академик

В.Л. Гинзбург. — Но я лично в это не верю, хотя есть

серьезные ученые, которые верят».

Значительно более простую и понятную интерпретацию

парадоксов квантовой механики можно предложить,

используя методологию торсионной физики. Если

фотон — квант электромагнитного поля — представляет

собой возмущенную под действием электрического

заряда «нить» поляризованных фотонов, то при взаимодействии

этой «нити» с материальным объектом —

парой щелей — происходит ее расщепление, что и

объясняет возникающее в итоге явление интерференции.

Точно таким же образом можно объяснить и другой

парадоксальный эффект — квантовую телепортацию,

которая была предсказана Эйнштейном в его

совместной работе с Розеном и Подольским и недавно

осуществлена де Мартини (Рим) и Цайлингером (Вена).

Записав основное уравнение квантовой механики —

волновое уравнение, — Шредингер не смог разъяснить

непосредственный физический смысл волновой функции.

Ответ на этот вопрос дает торсионная физика. Из

теории физического вакуума Г.И. Шипова следует, что

волновая функция определяется через реальное торсионное

поле — поле кручения физического пространства.

Источниками торсионного поля являются элементарные

частицы, обладающие ненулевым спином, макроскопические

тела — измерительные приборы, а также операторы,

проводящие эксперимент с этой частицей. Однако

торсионные поля приборов и операторов при прове

Современиая научная картина мира

дении эксперимента никак не контролируются, а потому

вносят в его результат элемент случайности. Результат

опыта с квантовым объектом зависит, таким образом,

от взаимодействия торсионных полей, созданных

тремя различными источниками, два из которых подчиняются

законам случая. По этой причине результаты

опытов носят вероятностно-статистический характер.

Торсионная интерпретация квантовой механики значительно

более наглядна, чем копенгагенская или неоклассическая,

а тем более, чем «многомировая».

Философия теории относительности

Последние 40 лет своей жизни Эйнштейн потратил

на то, чтобы понять мир материи как форму проявления

пустого искривленного пространства-времени.

Один из ведущих специалистов по космологии

Дж. Уилер сформулировал эту мечту Эйнштейна в виде

рабочей гипотезы: «Материя есть возмущенное состояние

динамической геометрии».

Основная категория относительности — это метрика,

т. е. число, которое сопоставляется с двумя точками

(событиями). Суть общей теории относительности

и всей геометрической картины мира состоит в

обобщении теории Евклида по двум направлениям —

во-первых, по увеличению размерности, а во-вторых,

по переходу к искривленным пространствам.

В 1916 г. на базе уравнений ОТО К. Шварцильд

рассчитал метрику пространства —времени вокруг

сферически симметричного материального объекта.

Этот расчет послужил основой последующего развития

теории черных дыр — одного из наиболее интересных

объектов современной космологии. Из-под

гравитационного радиуса этих удивительных объектов

не может выйти ничто — ни у света, ни у каких-либо

других тел не хватит энергии, чтобы преодолеть силу

притяжения черной дыры.

В 1921 г. Т. Калуца обобщил уравнения ОТО на

случай пятимерной метрики.

Пятая координата оказалась замкнутой на планковском

масштабе 10~4 3 см. Главным достижением теории

Калуцы оказалась геометризация электромагнит- 283