книги из ГПНТБ / Философия и физика [сборник статей]

Философия

и ФИЗИКА

I. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ФИЗИЧЕСКОГО ЗНАНИЯ

В. С. БАРАШЕНКОВ

ПРОБЛЕМА НЕИСЧЕРПАЕМОСТИ МАТЕРИАЛЬНОГО МИРА

(Может ли быть конец физики как науки?)

Развитие науки и фундаментальные исследования.

Два последних столетия характеризовались необычайно бур­

ным развитием науки, сопровождающимся нарастающей ла­

виной фундаментальных открытий. Особенно быстро разви­

валась физика. Как долго будет продолжаться такой про­

цесс интенсивного развития? Не наступит ли время, когда наука (далее для конкретности мы будем иметь в виду глав­

ным образом физику — важнейший раздел науки, посвящен­

ный исследованию фундаментальных свойств неживой при­ роды) исчерпает себя в том смысле, что будут познаны все

основные, принципиальные, закономерности природы и человечеству останется изучать лишь их следствия и нахо­ дить для них дальнейшие практические применения, подобно тому, например, как знание фундаментальных законов кван­

товой механики и статистики позволяет в принципе решать

любые задачи твердого тела и неорганической химии?

Вопрос о бесконечности фундаментальных свойств окру­ жающего нас материального мира и тесно связанный с этим

вопрос о соотношении абсолютной и относительной истины подробно рассматривались в работах классиков диалектиче­

ского материализма, и ответ на них образно сформулирован

в виде известного положения о «неисчерпаемости электрона».

5

Как отмечал В. И. Ленин, еще «И. Дицген подчеркивал, что

«объект науки бесконечен», что неизмеримым, непознавае­

мым до конца, неисчерпаемым является не только бесконеч­

ное, но и «самый маленький атом», ибо, природа во всех своих частях без начала и без конца»...» [1, с. 276]. «Мысль

человека, — писал В. II. Ленин, — бесконечно углубляется от

явления к сущности, от сущности первого, так сказать, по­

не только в смысле бесконечного числа возможных сочета­

ний, связей ее отдельных частей, но прежде всего как прин­

ципиальная неисчерпаемость ее фундаментальных, качест­ венно различающихся между собой свойств и закономерно­

стей. Диалектический материализм дает вполне четкий и

недвусмысленный отрицательный ответ на вопрос о том, мо­

жем ли мы за какой-то ограниченный период времени по­

знать все основные физические законы. Наше неполное, исто­ рически ограниченное знание лишь в процессе бесконеч­

ного углубления в сущность материальных объектов, лишь как некоторый асимптотический процесс может приблизить­

венной неисчерпаемости природы с учетом данных современ­

ного естествознания детально рассматривались многими со­ ветскими учеными [см., напр., 3, 13]. Тем не менее в послед­ нее время появились работы, авторы которых вновь возвра­ щаются к обсуждению возможности познания всех фунда­

ментальных свойств природы и делают вывод о возможном «конце физической науки». Так, по мнению А. С. Компанейца, «нельзя категорически утверждать, что полное знание

всех физических законов никогда не наступит. <...> Наука

в один прекрасный день в принципе исчерпает свой предмет»

[4, с. 18, 46]. Существенно, что речь здесь идет об оконча­

тельном познании именно основных, фундаментальных зако­

номерностей окружающего нас мира. Чтобы устранить все

не исключает, что в будущем «мы узнаем все законы, т. е.

будем знать достаточно законов для того, чтобы делать все

6

необходимые выводы, а они всегда будут согласовываться

с экспериментом, на чем наше движение вперед закончится»

[6, с. 190].

Конечно, число задач и вопросов, порождаемых практи­

кой, может неограниченно возрастать и далее (в таком уз­

ком, ограниченном смысле бесконечность развития науки не

отрицает сейчас никто), однако это отражает лишь одну сто­ рону дела — количественную неисчерпаемость мира. Что же касается значительно более важной с методологической точ­

ки зрения — качественной неисчерпаемости природы, ей в этом отказывается. Законы природы будут познаны раз и навсегда, и человечеству останется лишь использовать их в своей практике. Чисто количественное увеличение опыта не будет сопровождаться его качественными обобщениями; ко­

личественный и качественный аспекты развития при этом

впервые окажутся оторванными друг от друга. Противоре­ чие нельзя устранить, заявив, что «правильно сформулиро­ ванный закон природы отражает и ее безграничность в ка­ чественном смысле» [5, с. 113]. Если число качественно раз­ личных (фундаментальных) законов природы конечно, то подобное заявление просто противоречит логике.

На чем основаны подобные выводы? Может быть, новые

знания действительно позволяют пересмотреть одно из основ­

ных положений диалектического материализма — положение

о количественной и качественной неисчерпаемости окружаю­ щего нас мира?

Различные типы взаимодействия и так / называемые «законченные теории». Свой вывод о возможном конце физи­

ческой науки А. С. Компанеец аргументирует тем, что число различных типов взаимодействия в природе, по-видимому, конечно, как и число «фундаментальных постоянных», харак­

теризующих каждый из этих типов взаимодействия, поэтому и время, необходимое для того, чтобы найти соотношения,

определяющие эти постоянные, также должно быть конеч­ ным. При этом в качестве образца полностью законченной

теории определенного класса взаимодействия приводится теория гравитации Эйнштейна. «Можно ли знать все о каком-

либо классе сил?» — спрашивает А. С. Компанеец и здесь же

7

ответа, нигде нет трудностей или неясностей даже в малей­

ших деталях. Если бы вся теоретическая физика достигла такой завершенности, то, пожалуй, наступил бы седьмой день творения для ученых. Увидев, что созданное хорошо, они

могли бы отдохнуть от принципиальных вопросов и навсегда посвятить себя приложениям» [4, с. 16]. Точка зрения автора

высказана, как видим, весьма четко.

Прежде всего здесь поражает фетишизация известного

сегодня содержания теории гравитации. Казалось бы, много­

численные примеры из истории физики должны были бы

научить осторожности, тем более что уже и сейчас в теории

гравитации известен ряд по меньшей мере неясных момен­

тов. Так, необходимо дальнейшее разъяснение физического

смысла особой точки по времени в решениях уравнений гра­ витационного поля (так называемое «начало мира») и свойств явлений в ее окрестности (едва ли известные нам сейчас законы останутся применимыми в столь особой обла­ сти, если она действительно физически реализуется, а не

является простой формальной возможностью, как это иногда

бывает с решениями уравнений). Нет полной ясности в про­

блеме гравитационных волн: существуют ли эти волны в том

виде, как их предсказывают теоретические расчеты, каковы

возможности их экспериментального обнаружения. Все эти

вопросы являются предметом интенсивного обсуждения.

Более того, некоторые физики вообще отрицают реальное существование гравитационного излучения [см. 7, 8]. Крайне неубедительной выглядит и ссылка на «абсолютное согла­

сие» теории гравитации с опытом: в отличие от других видов

взаимодействий, с которыми были выполнены сотни и тысячи различных экспериментов, для гравитации до сих пор

известно всего лишь несколько принципиально различных

опытов, результаты которых могут количественно сравнивать­ ся с теорией, — это еще одно обстоятельство, заставляющее пока с осторожностью относиться к этой теории.

А. С. Компанеец критикует эти соображения, ссылаясь на то, что сами по себе они говорят не о слабости теории Эйн­ штейна, а о том, что эта теория еще далеко не разработана, «еще нигде даже отдаленно не подошла к границам своей применимости» [5, с. 113, 114]. Но именно поэтому и недо­

пустимы какие-либо утверждения о завершенности теории гравитационных взаимодействий. Речь идет не о слабости теории, а о том, что во многих аспектах эта теория остается

еще физически недостаточно ясной.

8

Развитие эйнштейновской теории сейчас идет, главным образом, в приложениях, однако это не дает нам никакого

права утверждать, что заведомо не будут обнаружены какие-

либо экспериментальные факты в области гравитационных

явлений, которые не согласуются с этой теорией и потребуют

ее обобщения. Более того, основываясь на всем опыте разви­

тия науки, можно быть уверенным, что будет именно так.

Говорить в этих условиях о «принципиальной законченно­

сти» теории гравитации — значит лишь повторять известную

ошибку лорда Кельвина, который на рубеже нашего века

также говорил о том, что физику как науку можно считать

полностью законченной, если не обращать внимания на два

небольших облачка на ее горизонте: на трудности с интерпре­

тацией опыта Майкельсона по измерению скорости света и

неясности в объяснении излучения черного тела. Однако имен­

но из этих «небольших облачков» в конечном счете и развилась вся современная физика1. Положение, которое сложилось

в современной науке, особенно в физике, отличается от ситуа­

ции, имевшей место в конце XIX—начале XX в., тем, что сейчас, наоборот, мы можем говорить об островках более или

менее законченных теорий и о безбрежном океане фактов,

для которых мы в лучшем случае располагаем лишь некото­

рой приближенной систематикой.

В частности, в настоящее время почти совершенно не раз­ работанной остается квантовая теория гравитации; в этом направлении сделаны лишь первые шаги, которые сразу выя­

вили серьезные трудности как формального, так и концепту­

ального характера [см. подробнее об этом 10]. Гравитацион­

ные взаимодействия намного слабее ядерных, но это еще не говорит о том, что в области микроскопических простран­

ственно-временных масштабов гравитационными явлениями можно пренебречь. Трудности теории не становятся менее значительными в силу только того, что они обнаруживаются

лишь в явлениях, которые мы сейчас считаем весьма редки­

ми. К тому же недавно было выяснено, что квантовые грави­

1 Интересно, что в это же время аналогичную ошибку в отношении математики допустил и А. Пуанкаре. В докладе на математическом кон­ грессе в 1900 г., характеризуя состояние работ по обоснованию матема­ тики, он утверждал: «Сегодня мы можем сказать, что достигнута абсо­ лютная точность» [9, с. 202]. Однако через несколько лет все здание

существу остающимися неустраненными (лишь, может быть, частично обойденными) и в настоящее время.

9

тационные эффекты могут играть чрезвычайно существенную роль не. только в теории элементарных частиц, они могут

определять природу колоссальных космических объектов, так

называемых «полузамкнутых миров» [см. 11, 12].

Можно ожидать, что подобно тому, как это уже имело место в механике и электродинамике, учет квантовых эф­ фектов откроет качественно новую область явлений и

это будет не исправлением каких-то «слабостей» теории Эйнштейна, а переходом к изучению более глубокого уровня

материального мира с его специфическими закономерно­ стями.

Мы видим, что приводить современную теорию гравитации

в качестве эталона «принципиально законченной» теории,

в которой «нигде нет трудностей или неясностей даже в ма­ лейших деталях» [4, с. 16], — это по меньшей мере несерьез­

но. Тот факт, что некоторая теория продолжительное время

остается неизменной в своих основах, указывает лишь на то,

что для изменения этих основ требуется привлечение качест­

венно новых экспериментальных фактов2.

Совершенно несостоятельным является и другой пример

«окончательной теории», приводимый А. С. Компанейцем:

«Если удастся построить законченную, внутренне непротиво­

речивую теорию электронов, т. е. электродинамику, которая

будет находиться в хорошем согласии с опытом, то два клас­

са взаимодействий получат окончательную трактовку: грави­ тационные и магнитные» [4, с. 30]. Возможность исчерпать до конца свойства электрона А. С. Компанеец видит в том, что

меньше электрон не проявляет никаких структурных свойств

и ведет себя как заряженная точка» [4, с. 30]. Но, во-первых, современные экспериментальные возможности позволяют изучать структуру частиц лишь до расстояний ∆x~λ>

>10~15—10~lβ см (λ — длина дебройлевской волны частицы);

расстояние Δx~I0-20 см соответствует фантастически боль­ шим, практически недоступным нам сейчас энергиям

2 В этом отношении очень показателен пример теории механических движений. Остававшаяся неизменной почти 250 лет механика Ньютона после открытия новых фактов претерпела качественные изменения и пре­

вратилась в релятивистскую и квантовую механику. Оказалось, что клас­ сическая механика Ньютона является теорией, лишь приближенно опи­

сывающей узкую область явлений, соответствующую определенным зна­ чениям размеров тел и их скоростей.

10