автореферат диссертации по философии, специальность ВАК РФ 09.00.08
диссертация на тему: Методологические функции фундаментальных физических постоянных в современной физической картине мира

Текст диссертации на тему "Методологические функции фундаментальных физических постоянных в современной физической картине мира"

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ ИНСТИТУТ ФИЛОСОФИИ И ПРАВА

На правах рукописи

Корухов Виктор Васильевич

Методологические функции фундаментальных постоянных в современной физической картине мира

Диссертация на соискание ученой степени кандидата философских наук 09.00.08 - философия науки и техники

Научный руководитель: доктор философских наук профессор А.Л.Симанов

Новосибирск 1998

Оглавление

Введение.............................................................................................. 3

Глава 1. Методологические функции фундаментальных физических постоянных в формировании и развитии естественнонаучных теорий........................................................... 18

§ 1. Методология и методологические принципы

в современной физической картине мира...................................... 18

§ 2. Понятие "фундаментальные постоянные" и их методологические функции в построении

конкретно-научных моделей физической реальности.................. 29

§ 3. Фундаментальные постоянные в современных теоретико-методологических исследованиях................................ 36

Глава 2. Методологическая роль фундаментальных

физических постоянных в углублении познания

физической реальности..................................................................... 51

§ 1. Методологические принципы эвристической

систематизации ФФП...................................................................... 51

§ 2. Планковская длина как методологическая основа новых

представлений о дискретных свойствах пространства.................. 59

§ 3. Принцип постоянства скорости света как методологическая основа построения концептуальной

модели "сверхсветовых" (тахионных) явлений.............................. 84

§ 4. Методологическая функция гравитационной

постоянной....................................................................................... 97

Заключение........................................................................................... 110

Литература......................................................................................... 114

Введение

Актуальность исследования

Взаимодействие методологии и естествознания проявляется очевидным образом в области оснований конкретно-научных знаний, когда рассматривается роль философских принципов в становлении новой научной теории, а также при философско-методологическом анализе базовых элементов естественнонаучного знания.

Философско-методологические вопросы естествознания, в том числе проблема происхождения фундаментальных физических постоянных (ФФП) и их методологической роли в построении фундаментальных теоретических моделей физических явлений, составляющих основу физической картины мира, уже давно привлекают к себе пристальное внимание. На разных этапах развития естествознания проблема ФФП приобретает новое содержание, углубляется и конкретизируется. Это сказывается прежде всего на постоянном уточнении понятия ФФП. Можно констатировать, что на сегодняшний день общепринятого определения ФФП не существует. Актуальность и особенности постановки этих вопросов на современном этапе развития физики обусловлены прежде всего тем, что они определяют, как показывает история естествознания, методологическую и теоретическую базу для создания концептуальных теорий, охватывающих по степени общности все более глубокие структурные уровни материи (как в сторону микро-, так и мегамира). Явно прослеживается изменение всей ситуации в естествознании от доминировавшей в начале века тенденции к специализации до резкого возрастания интереса к проблемам создания единых теорий, претендующих на описание всего многообразия процессов и явлений материального мира. Это относится, в первую очередь, к непрекращающимся попыткам создания единой теории всех известных (на сегодняшний день) взаимодействий. Тем более, что на этом пути получены обнадеживающие результаты. Начиная, скажем, с создания Максвеллом объединен-

ной теории электрических и магнитных взаимодействий, через создание в середине второй половины XX века теории электрослабых взаимодействий, подтвержденной экспериментально, к новому объединению - единой теории электрослабых и сильных взаимодействий ("великое объединение").

Конец XX в. для физики можно охарактеризовать постановкой "последней" на этом пути проблемой - объединение гравитации с остальными видами взаимодействий, создание так называемой "Теории Всего". Разработка философских и методологических проблем унификации подхода к пониманию природы взаимодействий, с нашей точки зрения, правильно указывает на трудности, которые могут встретиться на выбранном пути, и на возможные пути и методы их преодоления. В частности, это относится к диалектическому характеру синтеза теорий, позволяющему избежать механического объединения исходных теорий, к невозможности решения проблем, таких как расходимости и сингулярности, без привлечения методологических принципов, введение которых может повлиять и на основания физических теорий. Неоднократно указывалось и на принципиально важное значение, которое имеют вопросы полноты оснований теории для решения проблемы единства научного знания. Общий исторический анализ динамики развития физической картины мира однозначно указывает, что поставленные проблемы не могут быть решены без глубокого философско-методологического анализа исходных положений и понятий (принципов, постулатов, аксиом, экспериментальных фактов и т.п.), без включения в современную физическую картину мира результатов конкретно-научных разработок в области выяснения природы ФФП, их роли в создании новых физических теорий. Одно из актуальных и перспективных направлений связано с попытками создания теорий, охватывающих единым формализмом все большее число процессов и явлений, на основе анализа роли ФФП в построении уже существующих теорий, таких как теория гравитации

Ньютона, СТО, ОТО, квантовая механика, релятивистская квантовая теория поля и т.п.

В исторической ретроспективе это относится прежде всего к созданию трех наиболее фундаментальных теорий, существенным элементом которых становятся ФФП: теория гравитации Ньютона (С), квантовая механика (К) и специальная теория относительности (с). Их дальнейшее развитие может быть охарактеризовано, с позиции ФФП, как создание двухкон-стантных теорий: общей теории относительности (Ос) и релятивистской квантовой теории (сК). Существенным моментом этих построений является преемственность формализмов с точки зрения принципа соответствия. Философский анализ оснований преемственности теорий позволяет, в частности, высказать и некоторые соображения по поводу методологической роли ФФП в создании новых теоретических построений. Например, в рамках этой методологии на сегодняшний день перед физиками-теоретиками становится актуальной проблема построения еще одной двухконстантной теории - нерелятивистской квантовой теории гравитации (СИ).

Достижение методологического идеала физической теории, в основание которой положены методологические принципы эвристической систематизации ФФП, может быть связано с появлением в формализме теории одновременно всех трех ФФП - /гcG.

Таким образом, говоря о методологической роли ФФП, необходимо иметь в виду возрастающую потребность в выработке общего методологического подхода к решению проблемы построении новых физических теорий, в сознательном использовании методологических возможностей, которые предполагают опору на накопленный материал по исследованию методологических функций постоянной Планка и скорости света. Поэтому исследование методологических основ существующих физических теорий, с точки зрения выявления роли, которая принадлежит в них ФФП, является актуальным как в теоретическом, так и в практическом отношении. Это, в свою очередь, обеспечит наиболее эффективное выявление закономерно-

стей построения и развития новых научных теорий и более глубокое понимание взаимосвязи современных основных физических теорий.

Сознательное использование ФФП в современных теоретико-методологических исследованиях возможно только тогда, когда становится понятной природа ФФП, когда понятен процесс "введения" ФФП в научное познание. Известно, что новые теории не могут быть выведены или экстраполированы только из уже имеющихся, а также не могут быть получены и чисто индуктивным путем. ФФП и их комбинации связаны в известном смысле с "внеэмпирическими" источниками познания, что позволяет надеяться на возможность использовать их в качестве потенциального источника принципиально новых "идей" для создания обоснованных стратегий научного поиска, выбора наиболее эффективных средств и методов исследований. Многие суждения относительно рассматриваемых в диссертационной работе проблем, вполне естественно, носят предварительный и постановочный характер, что несомненно оставляет возможность дальнейшей поисковой деятельности по затронутым вопросам.

Таким образом, актуальность анализа методологических функций ФФП в современной физической картине мира не вызывает сомнений.

Степень разработанности проблемы

Методологическая роль ФФП в структуре современных физических теорий имеет достаточно богатую "биографию". Однако практически все теоретико-методологические исследования связаны с двумя постоянными: постоянной Планка и скоростью света. Качественная выделенность этих величин среди величин той же размерности связана с их экстремальным характером. В методологическом аспекте это выражается в появлении таких известных принципов как принципы запрета, ограничения, предельности, инвариантности и т.п. В рамках дальнейшего изучения роли ФФП в объединении известных физических теорий и построения новых, проблемы, связанные с изучением теоретико-методологического аспекта пробле-

мы, были и остаются объектом пристального внимания ученых. При этом можно выделить несколько относительно самостоятельных направлений исследований:

- методологические функции ФФП в основании физических теорий (А.Д.Александров, В.С.Барашенков, Д.И.Блохинцев, В.П.Бранский, В.П.Визгин, В.С.Готт, Д.П.Грибанов, А.Грюнбаум, К.Х.Делокаров, П.С.Дышлевый А.Л.Зельманов, М.А.Марков, М.В.Мостепаненко, М.Планк, И.Л.Розенталь, Дж.А.Уилер и др.).

Основное внимание было сосредоточено на свойствах инвариантности и максимальности скорости света и квантовых свойствах постоянной Планка, составляющих основу таких принципов как принцип запрета и принцип ограничения, принцип неопределенности и принцип Паули, и т.п. Кроме того, обе постоянные лежат в основании соответственно двух наиболее фундаментальных физических теорий XX века - СТО и квантовой механике.

- исследования методологических принципов эвристической систематизации ФФП (Л.Б.Баженов, Ю.В.Балашов, Дж.Барроу, В.П.Бранский, Б. де Витт, Л.М.Гиндилис, А.А.Гриб, Р.Дикке, А.Л.Зельманов, Г.М.Идлис, В.В.Казютинский, Н.С.Кардашев, Б.Картер, А.М.Мостепаненко, М.В.Мостепаненко, А.Э.Назиров, А.В.Нестерук, Б.Палюшев, А.Г.Полнарев, О.С.Разумовский, М.Рис, И.Л.Розенталь, А.Л.Симанов, Ф.Типлер, Дж.А.Уилер, А.Р.Уоллес, С.Хокинг, О.В.Шарыпов, Д.Шиама и др.).

Работы в этой области носят эвристический характер и соответствуют результатам анализа элементов реальности на основе гносеологического принципа, суть которого можно выразить скорее всего следующим образом: "при истинном странствии не ведают, куда направляются".

- работы, рассматривающие проблемы классификации ФФП, их число и эмпирические связи между ними, а также гипотезы о возможных вариациях фундаментальных констант (Д.И.Блохинцев, Б. де Витт, Г.Гамов, И.Л.Герловин, П.А.М.Дирак, Г.И.Ивантер, М.А.Марков, В.Н.Мельников,

В.М.Мостепаненко, И.Л.Розенталь, А.Салам, К.П.Станюкович, Э.Теллер, В.С.Троицкий, А.Эддингтон, Д.А.Уилер, О.В.Шарыпов и др.)

- анализ философско-методологической роли принципа постоянства скорости света в построении конкретно-научных моделей реальности (А.Д.Александров, В.С.Барашенков, Д.Блохинцев, Д.Бом, М.Борн,

B.П.Визгин, В.Гейзенберг, Б.М.Гессен, В.С.Готт, Д.П.Грибанов,

A.Грюнбаум, К.Х.Делокаров, П.С.Дышлевый, А.Зоммерфельд, Д.Д.Иваненко, П.Г.Кард, Р.Карнап, Б.Г.Кузнецов, Л.И.Мандельштам,

C.Т.Мелюхин, Ю.Б.Молчанов, А.М.Мостепаненко, М.В.Мостепаненко, Г.И.Наан, Н.Ф.Овчинников, М.Э.Омельяновский, В.Паули, А.Пуанкаре,

B.И.Свидерский, С.Ю.Семковский, С.Г.Суворов, А.А.Тяпкин, Д.А.Уилер, Я.И.Френкель, В.А.Фок, Э.М.Чудинов, Р.Я.Штейнман, А.Эддингтон, А.Эйнштейн, Л.Яноши и др.);

- анализ понятия "планковские величины" (Д.И.Блохинцев, К.А.Бронников, М.П.Бронштейн, П. A.M. Дирак, В.Л.Гинзбург, Г.Е.Горелик, Я.Б.Зельдович, А.Л.Зельманов, Е.Каианиелло, В.Г.Кречет, М.А.Марков, В.Н.Мельников, В.М.Мостепаненко, И.Д.Новиков, М.Осборн, В.Паули, М.Планк, И.Л.Розенталь, Л.Розенфельд, А.Д.Сахаров, К.П.Станюкович, Г.-Ю.Тредер, Дж.А.Уилер, В.П.Фролов, А.Эддингтон, О.В.Шарыпов и др.). Основная часть работ упомянутых авторов связана с проявлением планковских величин, как узловых точек, выполняющих функции предельных значений той или иной фундаментальной физической теории, в том числе, в описании начального состояния эволюции нашей Вселенной;

- философско-методологический и конкретно-научный анализ проблемы гипотезы сверхсветовых явлений (А.Д.Александров, А.Ю.Андреев, А.Антиппа, М.Д.Ахундов, Л.Б.Баженов, В.С.Барашенков, О.Беланюк, Д.И.Блохинцев, Д.Бом, В.Гейзенберг, В.Л.Гинзбург, А.Грюнбаум, Л.Э.Гуревич, В.С.Гурин, А.Зоммерфельд, Д.А.Киржниц, Р.Мигнани, Ю.Б.Молчанов, М.В.Мостепаненко, В.С.Ольховский, Л.Паркер, В.Паули,

В. Ф. Перепелица, Е.Реками, В.Н.Сазонов, Е.Сударшан, Ш.Танака, Я.П.Терлецкий, А.П.Трофименко, М.И.Файнгольд, Дж.Фейнберг, П.Л.Чонка, Э.М.Чудинов и др.). Работы в этой области, не имея ни одного экспериментального факта, представляют особенный интерес с точки зрения построения теоретического конструкта с применением философско-методологического арсенала методов и принципов. Основная проблема, за решением которой, по мнению многих авторов, последует конструктивный этап развития этого направления, является проблема причинности. На сегодняшний день удовлетворительной формулировки принципа причинности для использования его вне рамок классического подхода, основанного на СТО, не предложено;

- теоретико-методологический анализ понятия "фундаментальная длина" и дискретные свойства пространства (В.С.Барашенков, Д.И.Блохинцев, Д.Бом, Г.Ватагин, А.Н.Вяльцев, В.Гейзенберг, В.Л.Гинзбург, Ю.А.Гольфанд, П.Дирак, Д.Д.Иваненко, В.Г.Кадышевский, П.Г.Кард, Б.М.Кедров, Д.А.Киржниц, Б.Г.Кузнецов, М.А.Марков, А.Марх, Б.В.Медведев, А.Пуанкаре, А.А.Соколов, И.Е.Тамм, Г.Флинт, О.В.Шарыпов и др.). Число рассмотренных возможных свойств и концептуальных моделей "фундаментальной длины" настолько велико, что возникает ситуация, когда решение проблемы может сводиться, с нашей точки зрения, к нахождению одного (в крайнем случае, нескольких) качественно определяющего свойства. Обнаружение этого свойства должно повлечь за собой решение большинства проблем, степень разработанности которых зависит только от правильного определения этой длины.

Несмотря на обилие различных аспектов теоретического и философ-ско-методологического анализа роли ФФП в построении естественнонаучных моделей физической реальности, конкретные механизмы реализации методологических функций ФФП рассмотрены здесь недостаточно полно, а иногда и слабо обоснованы. К случаю серьезного методологического анализа можно отнести работы, связанные с выяснением методологической

роли ФФП в построении СТО и квантовой механики, а также работы, выполненные в рамках гипотезы, связанной с возможными вариациями значений ФФП во времени и в пространстве.

Примером может служить предложенная в свое время П.Дираком к рассмотрению гипотеза больших чисел (ГБЧ), которая в дальнейшем породила целое направление в теоретической физике, связанное с возможностью изменения численных значений ФФП. Полученные в этом направлении результаты оказали существенное влияние не только на саму теоретическую физику, но и на формирование новых представлений об основах единой научной картины мира, что позволило в дальнейшем на вполне научных основаниях ввести в рассмотрение наблюдателя как закономерный элемент в эволюции Вселенной. В частности, было показано, что небольшие вариации значений ФФП могли бы привести, например, к потере устойчивости основных структурных образований Вселенной и, как следствие, невозможности существования жизни вообще.

Актуальными на сегодняшний день являются и вопросы о происхождении и дальнейшей эволюции Вселенной, что напрямую связано с выяснением природы ФФП, их возможной эволюцией. Действительно, современные теоретические модели эволюции Вселенной, при рассмотрении в ретроспективе самых первых моментов ее расширения (в рамках "раздувающейся" модели), приводят к начальному состоянию, описываемому планковскими значениями физических величин. Тем самым акцентируется внимание на ту роль, которая должна быть отведена ФФП при анализе решения