I Введение.
II Предмет физики.
1. Основные открытия в физике на рубеже XIX-XX столетий.
2. Основные философские вопросы современной физики:
а) неисчерпаемость и бесконечность материи;
б) движение: абсолютность и относительность;
в) вопрос об объективной реальности в квантовой физике;
г) проблема причинности;
д) философские размышления о пространстве и времени с
точки зрения относительности; о непрерывном и
дискретном пространстве и времени.
3. Неразрешенные вопросы физики.
III Заключение.
Введение.
Наши дни - время преобразований, время выдающихся достижений
науки и техники. Особенности развития современной науки влияют на
структуру и характер научного познания. Именно они составляют ис-
торически определенные границы, обусловливающие специфику позна-
вательного процесса. Более того, научные знания о природе имеют
существенное значение и для философского осмысления окружающего
мира. То обстоятельство, что физика по сравнению с другими ес-
тественными науками ( например, химией или биологией ) занимается
относительно более общими явлениями окружающего материального ми-
ра, в известной степени определяет ее более непосредственную, не-
жели у других естественных наук, связь с философией.
Физику всегда приходится решать разнообразные онтологические
и гносеологические вопросы, и поэтому он вынужден обращаться к
философии. М. Борн писал: "... Физика на каждом шагу встречается
с логическими и гносеологическими трудностями ... каждая фаза ес-
тественнонаучного познания находится в тесном взаимодействии с
философской системой своего времени: естествознание доставляет
факты наблюдения, а философия - методы мышления."
Физики при разработке современных теорий критически переос-
мысливают накопленные в прошлом знания. Новое знание как бы отри-
цает предшествовавшие, но отрицает диалектически, сохраняя момент
абсолютной истины. Философские идеи, как об этом убедительно сви-
детельствует история, играют чрезвычайно важную роль в процессе
становления физических теорий; без преувеличения можно сказать,
что без философского обоснования физическая теория не может сфор-
мироваться.
Основные открытия в физике на рубеже XIX-XX столетий.
Физика - комплекс научных дисциплин, изучающих общие свойс-
тва структуры взаимодействия и движения материи.
Физику ( в соответствии с этими задачами ) весьма условно
можно подразделить на 3 большие области: структурную физику, фи-
зику взаимодействий и физику движения.
Науки, образующие структурную физику, довольно четко разли-
чаются по изучаемым объектам, которыми могут быть как элементы
структуры вещества ( элементарные частицы, атомы, молекулы ), так
и более сложные образования ( плазма, кристаллы, звезды и т. д. ).
Физика взаимодействий, основанная на представлении о поле,
как материальном носителе взаимодействия, делится на 4 отдела (
сильное, электромагнитное, слабое, гравитационное ).
Физика движения ( механика ) включает в себя классическую
( Ньютоновскую ) механику, релятивистскую ( Энштейновскую ) меха-
нику, нерелятивистскую квантовую механику и релятивистскую кван-
товую механику.
Уже в глубокой древности возникли зачатки знаний, впоследс-
твии вошедшие в состав физики и связанные с простейшими представ-
лениями о длине, тяжести, движении, равновесии и т. д. В недрах
греческой натурфилософии сформулировались зародыши всех трех час-
тей физики, однако на первом плане стояла физика движения, пони-
маемая,как изменение вообще. Взаимодействие отдельных вещей трак-
товалось наивно-антропоцентрически ( например, мнение об одушев-
ленности магнита у Фалеса ). Подобное рассмотрение проблем, свя-
занных с анализом движения как перемещения в пространстве, впер-
вые было осуществлено в знаменитых апориях Зенона Элейского. В
связи с обсуждением структуры первоначал зарождаются и конкуриру-
ют концепции непрерывной делимости до бесконечности ( Анаксагор )
и дискретности существования неделимых элементов ( атомисты ). В
этих концепциях закладывается понятийный базис будущей структур-
ной физики.
В связи с задачами анализа простейшей формы движения ( изме-
нения по месту ) возникают попытки уточнения понятий "движение",
"покой", "место", "время". Результаты, полученные на этом пути,
образуют основу понятийного аппарата будущей физики движения -
механики. При сохранении антропоморфных тенденций у атомистов
четко намечается понимание взаимодействия как непосредственного
столкновения основных первоначал - атомов. Полученные умозритель-
ным путем достижения греческой натурфилософии вплоть до XVI в.
служили единственными средствами построения картины мира в науке.
Превращение физики в самостоятельную науку обычно связывает-
ся с именем Галилея. Основной задачей физики он считал эмпиричес-
кое установление количественных связей между характеристиками яв-
лений и выражение этих связей в математической форме с целью
дальнейшего исследования их математическими средствами, в роли
которых выступали геометрические чертежи и арифметическое учение
о пропорциях. Использование этих средств регулировалось сформули-
рованными им основными принципами и законами ( принцип относи-
тельности, принцип независимости действия сил, закон равноуско-
ренного движения и др. ).
Достижения Галилея и его современников в области физики дви-
жения ( Кеплер, Декарт, Гюйгенс ) подготовили почву для работ Нь-
ютона, преступившего к оформлению целостного предмета механики в
систему понятий. Продолжая методологическую ориентацию на принци-
Ньютон сформулировал три закона движения и вывел из них ряд
следствий, трактовавшихся прежде как самостоятельные законы. Нь-
ютоновские "Математические начала натуральной философии" подвели
итоги работы по установлению смысла и количественных характерис-
тик основных понятий механики - "прстранство", "время", "масса",
" количество движения", "сила". Для решения задач, связанных с
движением, Ньютон ( вместе с Лейбницем ) создал дифференциальное
и интегральное исчисление - одно из самых мощных математических
средств физики.
Начиная с Ньютона , и вплоть до конца XIX в. механика трак-
туется как общее учение о движении и становится магистральной ли-
нией развития физики. С ее помощью строится физика взаимодейс-
твий, где конкурируют концепции близкодействия и дальнодействия.
Успехи небесной механики, основанные на ньютоновском законе
всемирного тяготения, способствовали победе концепции дальнодейс-
твия. По образу теории тяготения строилась и физика взаимодейс-
твий в области электричества и магнетизма ( Кулон ).
В конце XIX в. физика вплотную поставила вопрос о реальном
существовании атома. Штурм атома шел во всех основных разделах
физики: механике, оптике, электричестве, учении о строении мате-
рии. Каждое из крупнейших научных открытий того времени: открытие
Д. И. Менделеевым периодического закона элементов, Г. Герцем -
Д. Д. Томсоном - электронов и супругами Кюри - радия, по-своему
вело к эксперементальному доказательству существования атома,
ставило задачу изучения закономерностей атомных явлений. Другими
, весьма малых частиц стала рассматриваться как научно установ-
ленный факт. Начатые в 1906 г. Ж. Перреном замечательные экспере-
ментальные исследования броуновского движения подтвердили пра-
вильность малекулярно-кинетической теории этого явления, разрабо-
танной А. Энштейном и М. Смолуховским, и принесли полный триумф
идеям атомизма, которые в новой физике получили не предвиденное
прежде глубокое содержание. Развитие атомистики привело Э. Резер-
форда к открытию атомного ядра и к созданию планетарной модели
атома. Эти открытия положили начало новой физике: отпало положе-
ние о неизменности массы тела: оказалось, что масса тела растет с
увеличением его скорости; химические элементы оказались преврати-
мыми одни в другие; возникла электронная теория, представляющая
новую ступень в развитии физики. Механическая картина мира усту-
пила место электромагнитной.
После открытия электронов и радиоактивности физика стала
развиваться с небывалой прежде быстротой. Из непременимости клас-
сической физики к проблеме теплового излучения родилась знамени-
тая квантовая физика М. Планка. Из конфликта классической механи-
ки и электромагнитной теории Максвелла возникла теория относи-
тельности. Сначала теоретически, а затем эксперементально и про-
мышленно ( ядерная энергетика ) установили связь m и E (E=mc 52 0), а
также зависимость массы движущегося тела от скорости его движе-
ния, покончили с резким противопоставлением материи и движения,
характерным для классической физики. Общая теория относительности
( Энштейн 1916 ), интерпритировавшая поле тяготения как искривле-
ние пространства-времени, обусловленное наличием материи, переки-
нула еще один мост от материи и движения к взаимодействию.
Физика, открыв новые виды материи и новые формы движения,
сломав старые физические понятия и заменив их новыми, по-новому
поставила старые философские вопросы. Важнейшие из них - это воп-
росы о материи, о движении, о пространстве и времени, о причин-
ности и необходимости в природе, об объективности явлений.
Неисчерпаемость и бесконечность материи.
Учение философского материализма о материи ( развитое Лени-
ным ) имеет решающее значение для понимания всего содержания но-
вой физики. Существуют ли какие бы то ни было неизменные элемен-
ты, абсолютная субстанция, неизменная сущность вещей и т. п.?
Стремление найти их - наиболее характерная черта всякой метафизи-
ческой философии. Механический материализм, в частности, видел в
материи некую абсолютную неизменную субстанцию, и естествоиспыта-
тели XVIII-XIX вв. под материей обычно понимали неизменные атомы,
движущиеся по законам классической механики.
Новый философский материализм не признает существование не-
изменных элементов, абсолютной неизменной субстанции, отрицает
неизменную сущность всех вещей. " "Сущность" вещей или "субстан-
ция",- пишет Ленин,- тоже относительны; они выражают только уг-
лубление человеческого познания объектов, и если вчера это углуб-
ление не шло дальше атома, сегодня - дальше электрона и эфира, то
диалектический материализм настаивает на временном, относитель-
ном, приблизительном характере всех этих вех познания природы
прогрессирующей наукой человека". (4, с. 249 ). Для философского мате-
риализма неизменно одно: признание внешнего мира,существующего
независимо от сознания людей. В соответствии с этим находится
данное Лениным определение материи: ... объективная реаль-
ность,существующая независимо от человеческого сознания и отобра-
жаемая им". ( 4, с. 248 )
Не только атомы, но и электроны, протоны и др. элементарные
частицы вещества, разнообразные физические поля ( электромагнит-
ное, ядерное и др. ), атомные ядра, молекулы и т. д. - все они
существуют независимо от человеческого сознания, отражаясь в фи-
зических понятиях, теориях, гипотезах. Они - объективная реаль-
ность, материя. Материя неисчерпаема:" электрон также неисчерпа-
ем, как и атом, природа бесконечна..." (4,248). Пределы, до кото-
рых доходит сегодня наше знание материи, являются относительными
пределами; углубляя наше знание материального мира,наука преодо-
левает их. Бесконечность природы раскрывается в ходе все более
глубокого ее познания человеческим разумом, и развитие новой фи-
зики с особой яркостью подтверждает это положение.
Особый интерес с точки зрения материи представляет централь-
ная проблема современной физики - теория элементарных частиц. Не-
которые ученые, применяя односторонне теорию относительности к
этой проблеме, вывели заключение, что элементарные частицы, т. е.
электроны,протоны,нейтроны и т. д., не могут иметь конечных раз-
меров, а должны рассматриваться как геометрические точки. С этим
заключением,естественно, согласиться нельзя. Природа бесконечна,
неисчерпаема. это относится и к атому и к электрону и к другим
элементарным частицам. Поэтому свойсва этих частиц не сводятся
лишь к тем свойствам,которые рассматривает теория относительнос-
ти; эта последняя, как и всякая физическая теория, не охватывает
до конца явлений и предметов природы. Т. о., необходимо искать
существование более глубоких законов для решения проблемы элемен-
тарных частиц. На этой основе выросла релятивистская квантовая
механика. Но по физическим представлениям, нуклоны имеют опреде-
ленные размеры, поэтому выдвигается вопрос о структуре элементар-
ных частиц, а теория релятивистской квантовой механики не решает
этой проблемы. Это приводит к радикальным изменениям этой физи-
ческой теории и поискам новых теорий.
Поиск "сумасшедших идей", столь актуальный в современной фи-
зике, с точки зрения проблемы реальности, представляет собой
проблему существенно новых принципов построения физической карти-
ны мира, которые позволили бы придать теории элементарных частиц
логическую замкнутость и полноту. Большинство ученых считает,что
принципов квантовой механики и теории относительности недостаточ-
но для осуществления этой цели. Однако, отсутствие ощутимых успе-
хов в преодолении этой недостаточности вынуждено при решении
конкретных задач до сих пор ограничиваться лишь незначительными
модификациями квантово-релятивистского концептуального аппарата,
не затрагивающими его принципиальных основ.
Но стоит подчеркнуть, что релятивистская квантовая механика
позволяет решать вопросы, относящиеся к превращениям элементарных
частиц. Согласно этой теории, пространство, в котором нет элект-
ронов, позитронов, фотонов и т. д., называемое по традиции "ваку-
умом", на самом деле не есть пустое пространство. В нем существу-
ют "минимальные поля", реальность которых доказана существованием
некоторых явлений, открытых в атомных спектрах. Открытие матери-
альности физического атома - новая замечетельная иллюстрация не-
исчерпаемости материи.
Движение: абсолютность и относительность.
После открытия атома стало очевидно, что материя бесконечна
и неисчерпаема. Но существование любого материального объекта
возможно только благодаря действию образующих ее элементов и вза-
имодействию этого объекта с внешним окружением.
Взаимодействие приводит к изменению свойств, отношений, сос-
тояний объекта. Изменение в философии обозначается понятием дви-
жения. Т. о., движение внутренне присуще материи, ибо движение
есть форма бытия материи. Достижения физики XIX-XX вв. значитель-
но повлияли на представления о смысле движения.
Квантовая теория, появившаяся в связи с парадоксами объясне-
ния наблюдаемого распределения энергии в спектре излучения абсо-
лютно черного тела ( Планк,1900) явлениями фотоэффекта (Эйн-
штейн,1905 ) и противоречиями планетарной модели мира ( Бор,1913)
стала общей теорией взаимодействия и движения микрообъектов. В
связи с этим физика движения в специальной теории относитель-
ности ( Эйнштейн,1905 ) сделала ненужными представления об эфире
как абсолютной системе отсчета. Это дало возможность и в физике
взаимодействий отказаться от эфира и приписать полю самостоятель-
ное существование.
Различные виды движения материи способны превращаться в друг
друга. Такие превращения могут происходить или в пределах одной
физической системы ( например, когда механическое движение прев-
ращается в тепловое ), или движение в одной системе может возбу-
дить движение в других. Однако, при всех превращениях, движение
не уничтожается и не возникает, т. е. абсолютно. Доказательством
этого положения выступило открытие в физике закона сохранения
энергии ( закона сохранения движения - в более широком смысле ).
Но одновременно со своей абсолютностью, движение относительно,
т.к. физические системы движутся относительно других физических
систем. Доказательством этого положения выступает открытие прин-
ципа относительности Галилеем в 1636 г. Несмотря на то, что прин-
цип относительности был открыт в XVII в.,он не применялся в клас-
сической физике только потому, что все существенные результаты в
ней были получены раньше, чем было понято его значение. Но этот
принцип оказался незаменимым в релятивистской физике, хотя играет
одинаковую роль и в классической, и в релятивистской теории.
Вопрос об объективной реальности в квантовой физике.
Вопрос об объективности явлений открытых современной физикой
можно проследить на примере квантовой механики.
Квантовая механика - физическая теория частиц и явлений
атомного масштаба - покоится на открытии двуединой корпускуляр-
но-волновой природы атомных объектов. С точки зрения диалектики,
все это не вызывает никаких недоумений, ибо диалектика учит нахо-
дить не противоречия, какие существуют в материальной действи-
тельности в движении и развитии, и отображать их в понятиях. В
самом деле, законы квантовой механики отражают одновременно и
корпускулярные, и волновые свойства движущегося вещества в отли-
чие от законов классической механики, которые отражают движение
вещества только в корпускулярном аспекте.Квантовые величины ха-
рактеризуют не просто корпускулярную, но одновременно и волновую
природу атомных процессов. Именно поэтому квантовые величины -
суть величины особого рода и, в частности, не сводятся к класси-
ческим величинам, хотя последние используются при их определении,
подобно тому, как скорость в классической механике не сводится к
пути и времени, хотя без последних не определяется. Разумеется,
квантовые величины связываются друг с другом по-иному нежели
классические величины, что и демонстрируется, например, соотноше-
нием неопределенностей для импульса и координаты. Отображая объ-
ективные свойства атомов, соотношение неопределенностей позволяет
находить новые факты об атомах ( например,применяя его к вопросу
о составе атомного ядра, можно доказать, что в атомном ядре не
может быть электронов ). Понятие квантового импульса, соотношение
неопределенностей, как и вся квантовая механика, отражают строе-
ние и свойства материи на ее,так сказать, атомном уровне. Кванто-
вая механика всем своим содержанием свидетельствует о новых ги-
гантских успехах человеческого разума, о том, что человек прошел
еще одну существенную ступень в своем познании и овладении зако-
нами природы. Эти взгляды на квантовую механику представлены оте-
чественной наукой, а также учеными других стран: П. Ланжевен, Луи
Вижье ( Франция), Д. Бом (Америка), Л. Яноши (Венгрия) и др.
Существуют, однако, и другие воззрения на квантовую механи-
ку, известные под названием "копенгагенской интерпритации", исхо-
дящей из идеалистической позиции. Ее представляют прежде всего Н.
Бор и В. Гейзенберг - физики, создавшие вместе с Э.Шредингером и
П. Дираком квантовую механику. Суть "копенгагенской интерприта-
ции" квантовой механики ( в изложении Бора и Гейзенберга ) сво-
дится к следующему: сочетание волновых и корпускулярных понятий
при описании атомных явлений недопустимо: уж слишком они противо-
речивы. Но, вместе с тем, необходимо осмыслить в понятиях физики
те эксперементы, которые неопровержимо свидетельствуют о волновых
и корпускулярных свойствах движущихся атомных объектов. Других
понятий, описывающих атомные эксперементы, кроме понятий класси-
ческой механики, нет. Чтобы применять без противоречий понятия
классической механики, необходимо признать существующим принципи-
ально неконтролируемое взаимодействие, между атомным объектом и
прибором, которое ведет к тому, что в атомной области использова-
ние одного классического понятия ( например, импульса ) исключает
другое ( координату ). С этой точки зрения понятие атома или его
импульса существуют реально только при наблюдении атома прибором
соответствующего класса. Развитие этих идей приводит к утвержде-
нию: если при описании поведения электронов пользоваться прост-
ранственно-временными понятиями, то обязателен отказ от причин-
ности; если же пользоваться понятиями причинности, то столь же
обязательно представлять электроны вне пространства и времени. Т.
о., пространственно-временное описание и принципы причинности
исключают друг друга и в этом смысле являются "дополнительными".
Руководствуясь концепцией дополнительности, Бор и Гейзенберг выс-
казались за пересмотр в квантовой механике вопроса об объективной
реальности, причинности и необходимости.
Вся суть в том, что "копенгагенская интерпретация" пытается
решить неправильно ею же поставленную задачу: проследить за пове-
дением атомного объекта, принципиально не выходя за рамки понятий
классической механики. Когда же выясняется, что эта задача невы-
полнима, отрицательный результат такой попытки рассматривается не
как необходимое следствие существования волновых свойств атомных
объектов, а приписываются наличию некоторого "неконтролируемого
взаимодействия" между объектом и прибором, т. е. наличию дополни-
тельности. Но принципиальной неконтролируемости не существует -
это доказали труды современных ученых-физиков. Теория принципи-
альной неконтролируемости и дополнительности есть лишь фантасти-
ческое отражение нераздельных корпускулярно-волновых свойств мик-
рообъекта.
Проблема причинности.
Бор и Гейзенберг неправильно увидели в философском свете
свои собственные достижения в науке. Это отразилось у них и на
разборе проблемы причинности, которая в современных дискуссиях по
квантовой механике занимает важнейшее место
"Копенгагенская интерпритация" именно потому, что она не
признает объективной реальности, существующей независимо от наб-
людения, приходит к заключению, что причинность - "неплодотворная
и бессмысленная спекуляция", устарелое понятие, на смену которому
пришло, мол, понятие дополнительности, что квантовая механика ин-
детерминистична и т. д.
На самом деле квантовая механика чужда индетерминистическим
концепциям. Всем своим научным содержанием она подтверждает науч-
ный материализм нашей эпохи.
Вместе с тем научный материализм указал квантовой механике
выход из тупика индетерминизма на безграничные просторы познания
закономерностей микроявлений.
Детерминизм, т.е. признание того, что все явления природы,
необходимо закономерно, причинно связаны друг с другом, лежит в
основе науки. Существующая в мире случайность представляет собой
форму проявления необходимости и может быть правильно понята
только в связи с необходимостью и на ее основе. Одну из форм все-
общей взаимозависимости явлений материального мира составляет
причинность. История науки, в том числе физики и механики, как и
вся общественная практика человека, приводит к выводу, что наши
знание закономерных, необходимых, причинных связей явлений приро-
ды становится с развитием науки и практики все более глубоким и
полным, преодолевая относительную ограниченность, свойственную
науке на отдельных ее ступенях.
Квантовая механика дает великолепный материал для подтверж-
дения этих положений. Открытие Гейзенбергом соотношения неопреде-
ленностей и Шредингером волнового уравнения, имеющего в квантовой
механике такое же значение, как законы Ньютона в классической ме-
ханике, открытие своеобразных статистических законов атомных яв-
лений, о которых старая физика и не догадывалась, знаменовали со-
бой прогресс в познании объективных закономерностей природы,
дальнейшее углубление нашего знания объективных причинных связей.
Объективные закономерные, причинные связи явлений не сводятся к
тем причинным связям, которые выразила в своих уравнениях класси-
ческая механика; они бесконечно многообразнее и "удивительнее",
чем это допускал механический материализм.
Для правильного ответа на филосовский вопрос о причинности,
поставленный квантовой механикой, важно учесть следующее положе-
ние Ленина: "Казуальность, обычно нами понимаемая, есть лишь ма-
лая частичка всемирной связи6 но ... частичка не субъективной, а
объективной реальной связи". ( 5,с. 136 )
Философские размышления о пространстве и времени.
Достижения физики XIX-XX вв. значительно повлияли на конк-
ретные представления о смысле таких философских категорий, как
пространство и время.
Современные физические представления о пространстве и време-
ни разработаны теорией относительности; по сравнению с классичес-
кой физикой - это новая ступень в познании физикой объективно-ре-
альных пространств и времени. Теория относительности, созданная
великим физиком нашей эпохи А. Эйнштейном, связала в высшем
единстве классическую механику и электродинамику, и пересмотрела
основные понятия и положения классической механики, относящиеся к
длине и длительности, к массе, энергии, импульсу и т. д., подчи-
нив их новым физическим понятиям и положениям, полнее и глубже
отражающим движущуюся материю.
Для классической физики пространство и время были некими са-
мостоятельными сущностями, причем пространство рассматривалось
как простое вместилище тел, а время - как только длительность
процессов; пространственно-временные понятия выступали как не
связанные друг с другом. Теория относительности показала односто-
ронность такого взгляда на пространство и время. Пространство и
время органически связаны, и эта связь отражается в теории отно-
сительности, в математическом аппарате которой фигурируют так на-
зываемые четырехмерные пространственно-временные векторы и тензо-
ры.Эта теория привела к выводам о зависимости ритма часов от сос-
тояния их движения, зависимости массы от скорости, о взаимозави-
симости между массой и энергией; все эти выводы широко подтверж-
дены опытом.
В чем же состоят основные выводы теории относительности по
данному вопросу? Специальная теория относительности, построения
которой было завершено А. Эйнштейном в 1905 году, доказала, что в
реальном физическом мире пространственные и временные интервалы
меняются при переходе от одной системы отчета к другой. Старая
физика считала, что если системы отсчета движутся равномерно и
прямолинейно относительно друг друга (такое движение называется
инерциальным), то пространственные интервалы ( расстояние между
двумя ближними точками ), и временные интервалы ( длительность
между двумя событиями ) не меняются.
Теория относительности эти представления опровергла, вернее,
показала их ограниченную применимость. Оказалось, что только тог-
да, когда скорости движения малы по отношению к скорости света,
можно приблизительно считать, что размеры тел и ход времени оста-
ются одними и теми же, но когда речь идет о движениях со скорос-
тями, близкими к скорости света, то изменение пространственных и
временных интервалов становится заметным. При увеличении относи-
тельной скорости движения системы отсчета пространственные интер-
валы сокращаются, а временные растягиваются.
До создания теории относительности считалось, что объектив-
ность пространственно-временного описания гарантируется только
тогда, когда при переходе от одной системы отсчета к другой сох-
раняются отдельно пространственные и отдельно временные интерва-
лы. Теория относительности обобщила это положение. В зависимости
от характера движения систем отсчета драг относительно друга про-
исходят различные расщепления единого пространства-времени на от-
дельно пространственный и отдельно временной интервалы, но проис-
ходят таким образом, что изменение одного как бы компенсирует из-
менение другого. Получается, что расщепление на пространство и
время, которое происходит по-разному при различных скоростях дви-
жения, осуществляется так, что пространственно-временной интер-
вал, т.е. совместное пространство-время ( расстояние между двумя
близлежащими точками пространства и времени ), всегда сохраняет-
ся, или, выражаясь научным языком, остается инвариантом. Тем са-
мым специальная теория относительности раскрыла внутреннюю связь
между собой пространства и времени как форм бытия материи. С дру-
гой стороны, поскольку само изменение пространственных и времен-
ных интервалов зависит от характера движения, то выяснилось,
пространство и время определяются состояниями движущейся материи.
Они таковы, какова движущаяся материя.
Идей специальной теории относительности получила дальнейшее
развитие и конкретизацию в общей теории относительности, которая
была создана Эйнштейном в 1916 г. В этой теории было показано,
что геометрия пространства-времени определяется характером поля
тяготения, которое в свою очередь, определено взаимным расположе-
нием тяготеющих масс. Вблизи больших тяготеющих масс происходит
искривление пространства ( его отклонение от евклидовой метрики )
и замедление хода времени. Если мы зададим геометрию пространс-
тва-времени, то тем самым автоматически задается характер поля
тяготения, и наоборот: если задан определенный характер поля тя-
готения, то автоматически задается характер пространства-времени.
Здесь пространство, время, материя и движение оказываются ограни-
ченно сплавленными между собой.
Пространство-время нашего мира имеет 4 измерения: три из них
характеризуют пространство и одно - время. В истории философии и
естествознания эти свойства пространства и времени не раз пыта-
лись объяснить но естествознание не располагало достаточными воз-
можностями для этого, поэтому это положение было принято как
опытный факт. Первый шаг в обосновании трехмерности пространства
и одномерности времени был сделан австрийским физиком П. Эренфес-
том. Он показал, что трехмерность пространства является условием
существования устойчивых связанных систем, состоящих из 2 тел.
Впоследствии этот опыт был обобщен применительно к атомам и моле-
кулам. Было показано, что только в трехмерном пространстве воз-
можно образование электронных оболочек вокруг ядра, существование
атомов, молекул и макротел.
Интересен еще один момент в размышлениях физики о философс-
ких категориях пространства и времени: относительный характер
непрерывности и дискретности пространства и времени. Известно,
что представления о непрерывности пространства и времени являются
фундаментальными представлениями теоретической физики. Их истин-
ность в рамках классической физики и теории относительности не
подвергается сомнению.
Модель континуального пространства-времени, хорошо служившая
в классической физике и теории относительности, оказывается слиш-
ком бедной для того, чтобы адекватно определить реальную структу-
ру пространства, времени и движения на уровне микромира ( высоко-
энергетических процессов ). Это проявляется не только в виде
трудностей с расходимостями, возникающими в процессе квантоэлект-
родинамических расчетов, но и в необходимости на основании клас-
сической модели симметрии пространства-времени объяснить новые
законы сохранения, открытые физикой элементарной частиц ( сохра-
нение барионного и лептонного зарядов и др.).
В связи с этими трудностями значительное распространение по-
лучили концепции, отвергающие необходимость использования предс-
тавлений о непрерывности пространства и времени в физическом опи-
сании. Одно из направлений развития релятивистской квантовой фи-
зики, идет по пути отказа от рассмотрения пространственно-времен-
ного аспекта физической реальности ( теория матрицы рассеяния ).
В связи с этим имели место утверждения о том, что пространство и
время носит макроскопический характер, а для физики микромира ре-
альность пространства и времени вообще отрицается. Более широкую
поддержку со стороны физиков и философов получила концепция диск-
ретного пространства-времени. Но несмотря на отдельные успехи ис-
пользование гипотезы дискретного пространства-времени не привело
пока, к согласованию физических принципов теории относительности
и квантовой механики. На основании эксперементальных данных по
рассеянию элементарных частиц можно сказать, что для интервалов
10 5-15 0 - 10 5-16 0 см пространство является непрерывным. Т.о., созда-
лась действительная ситуация, которая свидетельствует о необходи-
мости методологического анализа устоявшихся физических представ-
лений о структуре пространства и времени. Трудности развития фи-
зики элементарных частиц говорят, по-видимому, о том, что модель
континуального пространства-времени является идеализацией струк-
туры реального пространства-времени. Она определенно недостаточна
для полноты описания объектов микромира. Вместе с тем и гипотеза
только дискретного пространства и времени не приводит к желанной
полноте. Модель дискретного пространства-времени также является
идеализацией.
Т.о., решение проблемы, видимо, может быть получено на осно-
вании утверждения о необходимой взаимосвязи непрерывного и диск-
ретного. Впервые это утверждение высказал Гегель. А В.И.Ленин
указал, кроме того, на материальное основание этого единства. Он
сказал, что движение есть единство непрерывности ( времени и
пространства ) и прерывности ( времени и пространства ). Из поло-
жения о единстве прерывного и непрерывного следует задача фило-
софского анализа: выяснение и исследование различных конкретных
форм этого единства.
В своей работе "Об относительном характере непрерывности и
дискретности" (13,с.133) А.И.Панченко попытался осветить один из
аспектов взаимосвязи непрерывного и дискретного на основе относи-
тельности этих понятий. Очевидно, что затронутая тема является
обширной и благодатной для философского исследования, в котором
она еще очень нуждается. Вместе с тем, исходя из уже рассмотрен-
ных материалов, можно сделать некоторые методологические выводы.
Представляется плодотворным подход, отвергающий абсолютизацию и
онтологизацию моментов непрерывности или дискретности в реальной
структуре пространства и времени. Дискретность и непрерывность
пространства-времени, взятые сами по себе в отрыве друг от друга,
представляют собой не более, как идеализации, хотя, быть может, и
необходимые с точки зрения конкретной физической ситуации. Таким
образом, решить этот вопрос в духе признания взаимного логическо-
го исключения обсуждаемых представлений.
- 19 -
Неразрешенные вопросы физики.
Существует огромное количество нерешенных физикой проблем. А
значит, у философии впереди большое поле деятельности. Рассмотрим
некоторые нерешенные проблемы физики.
Физика элементарных частиц.
Наиболее фундаментальной было и остается исследование мате-
рии на самом глубоком уровне - уровне элементарных частиц. Накоп-
лен огромный экспериментальный материал по взаимодействиям и
превращениям элементарных частиц, произвести же теоретическое
обобщение этого материала с единой точки зрения пока не удается.
Не решена задача построения квантовой теории тяготения и т.д.
Астрофизика.
Развитие физики элементарных частиц и атомного ядра позволи-
ло приблизиться к пониманию таких сложных проблем, как эволюция
Вселенной на ранних стадиях развития, эволюция звезд и образова-
ние химических элементов. Но остается неясным, каково состояние
материи при огромных плотностях и давлениях внутри звезд и "чер-
ных дыр". Все другие проблемы имеют более частный характер и свя-
заны с поисками путей эффективного использования основных законов
для объяснения наблюдаемых явлений и предсказания новых.
Физика ядра.
После создания протонно-нейтронной модели ядра был достигнут
большой прогресс в понимании структуры атомных ядер, построены
различные приближенные ядерные модели. Однако, последовательной
теории атомного ядра, позволяющей расчитать, в частности, энергию
связи нуклонов в ядре и уровне энергии ядра, пока нет. Одна из
важнейших задач - проблема управляемого термоядерного синтеза.
Квантовая электроника.
Здесь стоят задачи поисков новых применений лазерного излу-
чения; дальнейшего повышения мощности и расширение диапазона длин
волн лазерного пучка с плавной перестройкой на частоте; создания
рентгеновских лазеров.
Физика твердого тела.
Здесь ведутся активные поиски нефононных механизмов сверх-
проводимости, что позволило бы создать высокотемпературные сверх-
проводники. Разрабатываются новые направления исследования твер-
дых тел акустическими методами. Большое значение имеет изучение
физики полимеров.
Физика плазмы.
Возможность изучения плазмы связана с двумя обстоятельства-
ми. Во-первых, в плазменном состоянии находится подавляющая часть
вещества Вселенной. Во-вторых, именно в высокотемпературной плаз-
ме имеется реальная возможность осуществления управляемого термо-
ядерного синтеза.
Глобальная проблема, стоящая перед физикой плазмы - разра-
ботка эффективных методов разогрева плазмы до порядка 1 млрд гра-
дусов и удержание ее в этом состоянии в течение времени, доста-
точного для протекания термоядерной реакции в большей части рабо-
чего объема.
Разумеется, проблемы современной физики имеются во всех раз-
делах физики и их общее число огромно.
Заключение.
В следствии общности и широты своих законов, физика всегда
оказывала воздействие на развитие философии и сама находилась под
ее влиянием. Открывая новые достижения, физика не оставляла фило-
софские вопросы: о материи, о движении, об объективности явлений,
о пространстве и времени, о причинности и необходимости в природе.
Развитие атомистики привело Э.Резерфорда к открытию атомного
ядра и к созданию планетарной модели атома. Это достижение углу-
било наши знания о материи и доказало, что материя неисчерпаема и
бесконечна.
Открытие закона сохранения движения и применение по-новому
принципа относительности Галилея дополнили наши знания о движении
материи. Эти достижения доказали абсолютность и относительность
движения.
Вопрос об объективности явлений открытых современной физи-
кой, в квантовой механике оказывается далеко не простым. С точки
зрения диалектики двуединая корпускулярно-волновая природа атом-
ных объектов не вызывает никаких недоумений. Но существуют и дру-
гие воззрения на квантовую механику, например,"копенгагенская ин-
терпретация", которая не допускает сочетание волновых и корпуску-
лярных понятий. "Копенгагенская интерпретация" пытается просле-
дить за поведением атомного объекта, принципиально не выходя за
рамки понятий классической механики. Когда же выясняется, что эта
задача невыполнима, отрицательный результат такой попытки расс-
матривается не как необходимое следствие существования волновых
свойств атомных объектов, а приписывается наличию некоего "не-
контролируемого взаимодействия" между объектом и прибором, т.е.
наличию дополнительности. Но современные ученые доказали, что те-
ории принципиальной неконтролируемости и дополнительности есть
лишь фантастическое отражение нераздельных корпускулярно-волновых
свойств микрообъекта.
Одну из форм всеобщей взаимозависимости явлений материально-
го мира составляет причинность. Квантовая механика дает велико-
лепный материал для подтверждения положения о том, что наше зна-
ние закономерных, причинных связей явлений природы становится с
развитием науки более глубоким и полным.
Достижения физики XIX-XX вв., а именно открытие теории отно-
сительности значительно повлияли на смысл пространства и времени.
Эта теория показала, что пространство и время органически связа-
ны; и более того, пространственные и временные интервалы меняются
при переходе от одной системы отсчета к другой, причем при увели-
чении относительной скорости движения системы отсчета пространс-
твенные интервалы сокращаются, а временные растягиваются. В 20-е
годы нашего столетия П.Эренфест обосновал проблему о трехмерности
пространства и одномерности времени, которая раньше представляла
собой опытный факт.
Открытия современной науки в микромире высокоэнергетических
процессов поставило перед физикой и философией вопрос о непрерыв-
ности и дискретности пространства и времени. И, хотя, по этой
проблеме уже сделаны некоторые выводы, эта тема все же является
не разработанной.
Существует огромное количество нерешенных физикой проблем от
фундаментальных, связанных с элементарными частицами и проблемой
строения и развития Вселенной, до более частных, связанных с по-
иском путей эффективного использования основных законов для объ-
яснения наблюдаемых явлений и предсказания новых.
Очевидно, что перед философией открывается огромное поле де-
ятельности: философски обосновать проблемы современной науки -
физики.
Литература.
1. Большая Советская Энциклопедия. Т.27. Ст."Физика".М.,"Со-
ветская Энциклопедия",1977.
2. Введение в философию: Учебник для вузов. В 2 ч.Ч 2 / Фро-
лов И.Т., Араб-Оглы Э.А. и др. М.: Политиздат, 1989.
3. История философии для физиков и математиков. Б.Г. Кузне-
цов. М.:"Наука", 1974.
4. Ленин В.И. Соч.,Т.14.
5. Ленин В.И. Философские тетради. Госполитиздат,1947.
6. Материалистическая диалектика: методология естественных,
общественных и технических наук. М.: "Наука",1983.
7. Современная философия науки: Хрестоматия /
Сост.,вступ.ст. А.А.Печенкина. М.:"Наука", 1994.
8. Философские вопросы современной физики. Под ред. И.В.Куз-
нецова, М.Э. Омельяновского. М.: Гос. изд. Полит.литер.,
1958.
9. Философия науки и техники: Учеб. пособие / В.С.Степин,
В.Г.Горохов, М.А.Розов. М.: Контакт-Альфа, 1995.
10. Философия и методология науки. В 2 ч.Ч 2 / Науч.ред.
В.И.Купцов. М.: SvR-Аргус, 1994.
11. Философия и мировоззренческие проблемы науки. М.:"Наука",
1981.
12. Философия и прогресс физики. В.С.Готт, В.Г.Сидоров.
М.:"Знание", 1986.
13. Философия и физика. Изд-во Воронежского университета. Во-
ронеж,1994.
14. Философская энциклопедия. Гл.ред. Ф.В. Константинов.
Ст."Физика". М.:"Советская Энциклопедия",1970.
|
