Философские вопросы современной физики

ФГБОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН»

 

 

Факультет ЭМ

 

Кафедра «Философия»

Дисциплина «Философские вопросы естественных и экономических наук»

 

Доклад на тему:

 

«Философские вопросы современной физики».

 

 

 

 

Выполнил:

ст.гр. ЭДМ-12-01 Краснова В.Г.

Проверил: 

к.ф.н. Багдасаров Д.Р.

 

 

 

 

Москва 2013 г. 
СОДЕРЖАНИЕ

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Физика занимает особое место в научной картине мира. Развитие естествознания долгое время определялось содержанием физической картины мира. Идеи господствующей физической картины мира выступали в качестве общенаучной парадигмы и определяли характер научной картины мира в целом. В рамках физики сформировалось большинство методов научного познания. То обстоятельство, что физика по сравнению с другими естественными науками (например, химией или биологией) занимается относительно более общими явлениями окружающего материального мира, в известной степени определяет ее более непосредственную, нежели у других естественных наук, связь с философией.

Физики при разработке современных теорий критически переосмысливают накопленные в прошлом знания. Новое знание как бы отрицает предшествовавшие, но отрицает диалектически, сохраняя момент абсолютной истины. Философские идеи играют чрезвычайно важную роль в процессе становления физических теорий.

Открыв новые виды материи и новые формы движения, сломав старые физические понятия и заменив их новыми, физика по-новому поставила старые философские вопросы. Важнейшие из них - это вопросы о материи, об элементарности, о движении, об объективности, о причинности, о пространстве и времени, о единстве мира и самоорганизации.

 

1. Представления о структуре материи

Под структурой материи могут пониматься, во-первых, уровни структурной организации материи и, во-вторых, взаимосвязь различных видов или форм материи. Философия во взаимодействии с физикой пришла к выводу о принципиальной неисчерпаемости материи. Материя неисчерпаема в своей структуре как количественно, так и качественно. Структура материи проявляется в виде бесконечного многообразия различных систем. Но из этого многообразия современная наука может теоретически и эмпирически установить существование конечного числа видов и уровней материи.

Различение вещества и поля как видов материи появилось в физике во второй половине XIX века. В тоже время, противопоставление вещества и поля имеет ограниченный характер. Диалектический материализм утверждает принцип материального единства мира, принцип всеобщих взаимосвязей, взаимопроникновения и взаимопревращения материальных объектов. Эти принципы подтверждаются современной физикой. Между веществом и полем нет непреодолимых барьеров. В ответе необходимо раскрыть научные представления о корпускулярно-волновом дуализме материи.

В стандартной модели физики элементарных частиц возникают определённые трудности: она не объясняет, почему частиц именно столько и почему они обладают именно такими свойствами? Преодолеть эти трудности физика пытается в рамках других теорий, в том числе, в рамках теории суперструн.

Особое место в структуре материи занимает такой объект как физический вакуум. Представление о вакууме как о пустоте было свойственно классической механике и метафизической философии XVII -XVIII веков. В XIX веке диалектический материализм изгнал понятие пустоты, т.к. пространст-во – это форма материи, а форма не может быть без содержания. В XX веке развитие квантовой механики привело к новой трактовке вакуума. Реальный, физический вакуум - это не пустота, а особое состояние материи, которое имеет сложную скрытую структуру, и обнаруживает свои свойства во взаимодействии с частицами. Открытие материальности физического атома - новая иллюстрация неисчерпаемости материи.

Таким образом, развитие физики подтверждает диалектико-материалистическое представление о материи как объективной реальности, единой, но бесконечно многообразной и неисчерпаемой.

2. Элементарность частиц

Важную роль в философском познании мира играют парные категории диалектики «часть и целое». Наряду с ними также употребляются понятия «элемент и система». Классические представления о целостности включают следующие положения: целое состоит из частей, целое сложнее своих частей, масса целого равна сумме масс частей.

Философы и естествоиспытатели всегда пытались найти простейшие элементы, из которых возникает всё многообразие природы. В наивном материализме философов Древнего мира такими элементами выступали четыре стихии - огонь, вода, воздух и земля. Со времён Демокрита элементами материи стали считаться атомы. С 1897 г., т.е. с открытия электрона, элементарными стали называть частицы, из которых состоят атомы. В настоящее время употребление понятия «элементарность» для описания микрообъектов становиться всё более условным. Большинство частиц не отвечают признакам элементарности.

Молекулы состоят из атомов, атомы из элементарных частиц. Но далее формула «состоит из...» становится неприменима. Уже при переходе от ядерного уровня к субъядерному нарушается один из принципов системности: система должна быть сложнее своих элементов. Но элементарные частицы обнаруживают большую сложность, чем ядра или атомы. Субъядерный уровень необычайно богат и разнообразен. Частицы обладают множеством необычных свойств, характеристик. Некоторые частицы живут так мало, что успевают пролететь лишь радиус ядра. Другие частицы оказались тяжелее атомов.

В микромире нарушается и другой признак системности: масса системы равна сумме масс всех элементов. Например, частица может распадаться на две другие частицы, которые нельзя считать частями или элементами исходной. Масса дочерних частиц также велика или даже больше массы исходной. Ещё один признак системности: элементы сохраняют в составе системы свою качественную определённость. Но если две частицы соединяются и образуют новую, они не сохраняются в её составе. Исходные частицы исчезают, порождая новую. Трудности в определении иерархии микрообъектов привели к возникновению теории бутстрапа (другие названия - теория «шнуровки» или «ядерной демократии»). Т.о. оказалось необычайно трудным выделить простейшие элементы, из которых бы составилось всё многообразие природы. Уровень элементарных частиц даже более многообразен и сложен, чем уровень атомов. И всё таки стандартная модель физики элементарных частиц выделяет из этого разнообразия несколько объектов, которые на данный момент представляются истинно элементарными, несводимыми к другим объектам: 6 видов лептонов и антилептонов, кварки и антикварки, переносчики взаимодействий (кванты полей). Но вопроос элементарности в науке остаётся открытым. Последние четыре десятилетия ведётся работа над теорией струн, в рамках которой все известные частицы могут быть представлены как проявление колебаний ещё более мелких объектов - одномерных струн. Характер колебания струн (амплитуда, частота, натяжение струны) определяет свойства частицы - массу, заряд, спин. Если существование струн будет доказано, станет ли этот уровень пределом делимости материи? Существует ли такой предел? На данный момент перспектива бесконечной делимости материи приводит к противоречию между квантовой механикой и ОТО, согласно которому на сверхмалых расстояниях сверхсильные флуктуации гравитационного поля могут приводить к разрывам пространства и времени.

Возможность открывать в экспериментах всё новые частицы в настоящее время представляется неисчерпаемой. Открываются новые, всё более удивительные свойства микрообъектов, открывается сложная структура частиц, считавшихся элементарными.

3. 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 взаимодействию этого объекта с внешним окружением.

Взаимодействие приводит к изменению свойств, отношений, состояний объекта. Изменение в философии обозначается понятием движения. Т.о., движение внутренне присуще материи, ибо движение есть форма бытия материи. Достижения физики XIX-XX вв. значительно повлияли на представления о смысле движения.

Квантовая теория, появившаяся в связи с парадоксами объяснения наблюдаемого распределения энергии в спектре излучения абсолютно черного тела (Планк,1900) явлениями фотоэффекта (Эйнштейн,1905) и противоречиями планетарной модели мира (Бор,1913) стала общей теорией взаимодействия и движения микрообъектов. В связи с этим физика движения в специальной теории относительности (Эйнштейн,1905) сделала ненужными представления об эфире как абсолютной системе отсчета. Это дало возможность и в физике взаимодействий отказаться от эфира и приписать полю самостоятельное существование.

Различные виды движения материи способны превращаться в друг друга. Такие превращения могут происходить или в пределах одной физической системы (например, когда механическое движение превращается в тепловое), или движение в одной системе может возбудить 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. Но одновременно со своей абсолютностью, движение относительно, т.к. физические системы движутся относительно других физических систем. Доказательством этого положения выступает открытие принципа относительности Галилеем в 1636 г. Несмотря на то, что принцип относительности был открыт в XVII в., он не применялся в классической 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.

4. Проблема объективности в современной физике

В XX веке развитие квантовой механики породило дискуссию о проблеме объективности в современной физике. Традиционное представление об объективности научного знания было поставлено под сомнение. Диалектико-материалистическая теория познания предполагает принцип объективности истины: любая истина объективна по содержанию, но субъективна по форме. Объективность истины состоит в том, что ее содержание соответствует отражаемым объектам и не зависит от субъекта, от его воли и сознания. Субъективность формы истины означает, что истина всегда содержится в сознании субъекта, а поэтому может быть по-разному оформлена, выражена в сознании разных людей. Главное в характеристике истины - это ее объективность.

Сомнения в объективности физического знания возникли после того, как квантовая механика открыла странную природу микрообъектов, чьи свойства противоречат здравому смыслу, а точнее, обыденным представлениям человека, касающимся макромира. Вся необычность поведения микрообъектов связана с их корпускулярно-волновым дуализмом. Наглядно представить эту двойственность и возникающие на её основе эффекты невозможно, потому что в макромире ничего подобного не существует, и любые аналогии будут выглядеть фантастически. Отсюда и возникли сомнения: микрообъекты сами по себе такие странные, или они такими предстают нам в наших экспериментах? В таком же ключе проблему объективности знания ставил И. Кант, разделявший «вещи в себе», т.е. объекты такие, какие они есть сами по себе, и «вещи для нас», т.е. объекты такие, какими они предстают человеку. Н. Бор в духе Канта утверждал, что человек в принципе не может познать микрообъекты такими, какие они есть сами по себе. Изучая микромир, человек неизбежно меняет его. При этом квантовая механика - это единственно возможное и полное описание микромира. Другую позицию занимал Эйнштейн, который не мог смириться с парадоксальным поведением микрообъектов и вероятностным характером законов квантовой механики. Он объявлял такое описание неполным и считал, что могут быть найдены более точные динамические законы, которые опишут микрообъекты такими, какие они есть сами по себе, и которые устранят все парадоксы и странности. Дальнейшее развитие квантовой механики показало ошибочность взглядов Эйнштейна, но дискуссия об объективности этой теории не прекратилась. Множество экспериментов с поразительной точностью подтверждают предсказания квантовой механики. Поэтому нет никаких сомнений в истинности этой теории. В тоже время очевидно, что в любом эксперименте человек действительно воздействует на поведение частиц, фиксируя их изменённые характеристики. Для разрешения этого противоречия в современной философии науки стали различать понятия «объектность» и «объективность». Объектность описания микромира, т.е. описание его таким, какой он есть вне экспериментов, не представляется возможным, по крайней мере, на данном этапе развития науки. Но объективность квантовой механики, т.е. её истинность, соответствие теории эксперименту, не вызывает сомнений.

5. Проблема причинности

Еще одним вопросом, разделяющим материалистическое и идеалистическое видение мира, является вопрос о причинности и обусловленности явлений природы, об объективном существовании этой причинности или, наоборот, о порождении причинно-следственных связей мозгом человека.

"Копенгагенская интерпритация" именно потому, что она не признает объективной реальности, существующей независимо от наблюдения, приходит к заключению, что причинность - "неплодотворная и бессмысленная спекуляция", устарелое понятие, на смену которому пришло, мол, понятие дополнительности, что квантовая механика индетерминистична и т. д.

На самом деле квантовая механика чужда индетерминистическим концепциям. Всем своим научным содержанием она подтверждает научный 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 всеобщей 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 природы 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 подтверждения этих положений. Открытие Гейзенбергом соотношения неопределенностей и Шредингером волнового уравнения, имеющего в квантовой механике такое же значение, как законы Ньютона в классической механике, открытие своеобразных статистических законов атомных явлений, о которых старая физика и не догадывалась, знаменовали собой 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 классическая механика; они бесконечно многообразнее и "удивительнее", чем это допускал механический материализм.

6. Представления о пространстве и времени

Любой физический процесс разворачивается в пространстве и времени, любое тело имеет пространственные характеристики. Поэтому категории «пространство» и «время» играют важную роль в построении физической картины мира. Достижения физики XIX-XX вв. значительно повлияли на конкретные представления о смысле данных категорий.