Введение
Актуальность исследования
Взаимодействие методологии и естествознания проявляется очевидным образом в области разработки и анализа оснований конкретно-научных знаний, в частности, когда рассматривается роль философских принципов в становлении новой научной теории, при философско-методологическом анализе базовых элементов естественнонаучного знания.
Философско-методологические вопросы естествознания, в том числе проблема происхождения фундаментальных физических постоянных (ФФП) и проблема определения 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 содержания 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 мега-мира) и, в свою очередь, сами определяются содержанием конкретно-научных представлений. Кроме того, в настоящее время 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 объединенной 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 "по- следней" 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 трудностям решения ряда проблем фундаментального научного знания, таких как расходимости и сингулярности, которые можно, на наш взгляд, преодолеть на основе диалектического синтеза теорий с привлечения методологических принципов, влияющих на формирование оснований фундаментальных физических теорий и позволяющих избежать механического объединения исходных теорий.
Неоднократно указывалось и на принципиально большое значение, которое имеют вопросы полноты оснований теории для решения пробле- мы 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 (например, теории струн), охваты- вающих 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 (G), квантовая ме- ханика (/г) и специальная теория относительности (с). Их дальнейшее развитие может быть охарактеризовано, с позиций ФФП, как создание двух-константных теорий: общей теории относительности (Gc) и релятивистской квантовой теории (ch). 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 методологи- ческой 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 (Gh).
Достижение методологического идеала физической теории, в основание которой положены методологические принципы эвристической сис- тематизации ФФП, может быть связано с появлением в формализме теории одновременно всех трех ФФП - hcG.
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 ФФП, которые предполагают опору на накопленный материал по исследо-
ванию методологических функций постоянной Планка и скорости света. Поэтому исследование методологических основ существующих физических теорий с точки зрения выявления роли, которую играют в них ФФП, является актуальным как в теоретическом, так и в практическом отношении. Это, в свою очередь, обеспечит наиболее эффективное выявление закономерностей построения и развития новых научных теорий и более глубокое понимание взаимосвязи современных основных физических теорий.
Актуальными на сегодняшний день являются и вопросы о происхождении и дальнейшей эволюции Вселенной, что напрямую связано с выяснением природы ФФП и их возможной эволюцией. Действительно, в современных теоретических моделях эволюции Вселенной при рассмотрении в ретроспективе самых первых моментов ее расширения (в рамках "раздувающейся" модели) приходят к начальному состоянию, описываемому планковскими значениями физических величин. Тем самым акцентируется внимание на ту роль, которая должна быть отведена ФФП при анализе решения проблем начала Вселенной. Из разряда повседневно-актуальных, проблема ФФП становится проблемой первостепенной важности и актуальности на этапе формирования новых постнеклассических представлений в физической картине мира.
Сознательное использование методологических возможностей ФФП в современных теоретико-методологических исследованиях станет актуальным только тогда, когда будет понята природа ФФП, когда понят процесс "введения" ФФП в научное познание. Известно, что новые теории не могут быть выведены или экстраполированы только из уже имеющихся теорий, а также не могут быть получены и чисто индуктивным путем. Поэтому ФФП и их комбинации, связанные в известном смысле с "внеэмпириче-скими" источниками познания, дают основание 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.
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 проблемы, были и остаются объектом пристального внимания ученых. При этом можно выделить несколько относительно самостоятельных направлений исследований:
— анализ методологических функций ФФП в основании физических теорий (А.Д. Александров, B.C. Барашенков, Д.И. Блохинцев, В.П. Бранс-кий, В.П. Визгин, B.C. 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 здесь сосредоточено на свойствах инвариантно- сти и максимальности скорости света и 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. Ка-зютинский, Н.С. Кардашев, Б. Картер, A.M. Мостепаненко, М.В. Мостепа-ненко, А.Э. Назиров, А.В. Нестерук, Б. Палюшев, А.Г. Полнарев, О.С. Разу-мовский, 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 эпистемологической основе.
- 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, B.C. 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. В первую очередь это, конечно же, относится к изучению основ специальной и общей теорий относительности (А.Д. Александров, B.C. Барашенков, Д. Блохинцев, Д. Бом, М. Борн, В.П. Визгин, В. Гейзенберг, Б.М. Гессен, B.C. Готт, Д.П. Грибанов, А. Грюнбаум, К.Х. Делокаров, П.С. Дышлевый,
A, Зоммерфельд, Д.Д. Иваненко, П.Г. Кард, Р. Карнап, Б.Г. Кузнецов, Л.И. Мандельштам, СТ. Мелюхин, Ю.Б. Молчанов, A.M. Мостепаненко, М.В. Мостепаненко, Г.И. Наан, Н.Ф. Овчинников, М.Э. Омельяновский,
B. Паули, А. Пуанкаре, В.И. Свидерский, СЮ. Семковский, СГ. 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.);
- введение и анализ понятия "планковские величины" (Д.И. Блохинцев, К.А. Бронников, М.П. Бронштейн, П.А.М. Дирак, В.Л. Гинзбург, Э.Б. Глинер, Г.Е. Горелик, А. Гут, Я.Б. Зельдович, А.Л. Зельманов,
8
E. Каианиелло, В.Г. Кречет, А.Д. Линде, 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, П. Стейн-хардт, 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 построении моделей начального состояния эволюции нашей Вселенной;
- философско-методологический и конкретно-научный анализ проблемы гипотезы сверхсветовых движений (А.Д. Александров, А.Ю. Андреев, А. Антиппа, М.Д. Ахундов, Л.Б. Баженов, B.C. Барашенков, О. Беланюк, Д.И. Блохинцев, Д. Бом, В. Гейзенберг, В.Л. Гинзбург, А. Грюнбаум, Л.Э. Гуревич, B.C. Гурин, А. Зоммерфельд, Д.А. Киржниц, Р. Мигнани, Ю.Б. Молчанов, М.В. Мостепаненко, B.C. Ольховский, Л. Паркер, В. Паули, В.Ф. Перепелица, Е. Реками, В.Н. Сазонов, Е. Су-даршан, 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 сочетания философско-методологического арсенала методов и принципов с имеющимся конкретно-научным материалом. 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 и времени (B.C. 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. Кадышев-ский, П.Г. Кард, Б.М. Кедров, Д.А. Киржниц, Б.Г. Кузнецов, М.А. Марков, Щ- 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;
— методологические вопросы, связанные с использованием в современной физике представлений о физическом вакууме, вакуумоподобной среде, суперструнах и пр., а также с их ролью при формировании физической картины мира (B.C. Барашенков, Б. де Витт, М. Грин, П.А.М. Дирак, Я.Б. Зельдович, А.Л. Зельманов, Б.Г. Кузнецов, М.А. Марков, А.Л. Сима-нов, К.П. Станюкович, В.П. Фролов, С. Хокинг, Дж. Шварц, А. Эддингтон, •^ С. Энтони и др.).
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 в этом процессе рассмотрены недостаточно полно, а иногда и слабо обоснованы. К случаю серьезного методологического анализа можно отнести работы, связанные с выяснением ме-1ф тодологической 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 возможно-( стью изменения численных значений ФФП. Полученные в этом направле-
10
нии 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.
В рамках существующих теоретических концепций основное внима-ние при анализе роли ФФП уделяется проблемам поиска пределов применимости той или иной теоретической модели в классической и неклассической физике. И на этой основе анализируется возможность выработки методологических принципов, позволяющих выявить общие составляющие механизма формирования и развития новых научных теорий. К сожалению, практически не изучалась проблема реализации методологической функции ФФП как возможной методологической основы поиска новых
'^ физических теорий. Здесь мы не касаемся вопросов, связанных с пробле-
мой объединения известных видов взаимодействий, важным моментом которых является, по-видимому, существование единой (безразмерной) константы взаимодействия, что, в свою очередь, требует выработки обобщенного формализма, собственных методологических принципов и отдельного философского и методологического анализа возникающих при этом проблем.
Предмет, объект, основная цель и задачи исследования Научно-теоретическая актуальность проблемы происхождения и роли ФФП в современном научном познании обусловили предмет, объект, основные цели и задачи диссертационного исследования.
Предметом исследования являются процесс реализации методологических функций ФФП в построении и развитии конкретно-научных Модест
11
лей физической реальности, а также основные формы и механизмы этого процесса.
Объект исследования - методологические функции ФФП, принципы эвристической систематизации ФФП, конкретно-научные теории, понятийный аппарат новых теорий, новые, связанные с философско-методологическим анализом ФФП, элементы физической и научной картины мира, обусловливающие переход к постнеклассическому этапу развития естествознания.
Основной целью работы являются выявление и методологическое обоснование роли ФФП в построении новых (и обобщении уже существующих) научных теорий и анализ методологических функций ФФП в современных физических теориях. Кроме того, на основе этого анализа предполагается показать действенность полученных результатов на примере использования конкретно-научных и методологических принципов, в частности, принципа постоянства скорости света, принципа подобия, принципа ограничения (сохранения), принципа причинности и т.п. в построении постнеклассических физических концепций пространства.
Достижение данной цели предполагает решение следующих задач:
1. Выявление методологических функций ФФП в построении концептуальных моделей физической реальности.
2. Анализ методологических принципов эвристической систематизации ФФП.
3. Выявление степени влияния методологических принципов с онтологическим основанием на возможность выделения синтезирующих тенденций развития в современных теоретических концепциях.
4. Анализ возможности реализовать принцип инвариантности скорости света как одного из методологических основ физической теории с расширенной пространственно-временной областью описания реальности, включая сюда движения вне светового конуса специальной теории относительности.
12
5. Методологическое обоснование использования планковской длины в качестве фундаментальной и формирование на этой основе модели дискретно-непрерывного пространства-времени.
6. Анализ трудностей реализации свойств движения (изотахия, кеки-нема и реновация) только либо в модели непрерывного, либо в модели дискретного пространства.
Методологическая и теоретическая основы исследований
Методологической основой диссертационного исследования является система философско-методологических принципов, в основном, с онтологическим основанием, разработанных в трудах философов, методологов и естествоиспытателей.
Решение поставленных задач осуществляется, прежде всего, за счет применения в работе таких основополагающих принципов, как принцип материального единства мира, принцип историзма, принцип соответствия и т.д.
В нашем исследовании большое значение имеет принцип историзма, требующий рассматривать развитие физического знания с учетом преемственности и взаимосвязи. Принцип историзма в физической науке требует учитывать исторические связи, смотреть на любую теорию с точки зрения того, как теория возникла, какие главные этапы в своем развитии проходила, и с точки зрения этого развития смотреть, чем эта теория стала теперь. И только после этого анализа формировать представления о возможных путях ее дальнейшего развития.
Принцип материального единства мира требует на любом этапе развития конкретно-научных моделей привлекать к анализу все имеющие отношение к проблеме эмпирические данные, полученные на сегодняшний день, всю мощь системы философско-методологических принципов научного познания, в соответствии с чем каждую область на пространственно-временной шкале реальности необходимо рассматривать
не как изолированную и абсолютно самостоятельную, но как элементы
13
ванную и абсолютно самостоятельную, но как элементы единой, причинно-связанной и обусловленной системы материального мира.
Кроме того, методологической основой диссертации являются методологические принципы, лежащие в основании современной научной картины мира, такие как принципы причинности, соответствия, сохранения, общефилософский диалектический закон единства и борьбы противоположностей и т.п. С нашей точки зрения, они играют первостепенную роль при выработке стратегии выбора направления и поиска пути синтеза существующих теоретических концепций.
Теоретической основой диссертационной работы являются результаты исследований философов, методологов и естествоиспытателей, работавших и работающих сегодня в области теории и методологии естество-' знания, в частности, теории и методологии физики.
История развития науки показала, что в исследованиях методологического характера, проводимых профессионалами своего дела, в основном анализируются методологические проблемы уже существующих теорий, подготавливая тем самым рождение новых теоретических концепций. Но эти исследователи достаточно редко являются авторами новых теорий, тогда как первыми методологами вновь созданной теории, как правило, являются сами создатели, первоначально редко сочетающие в себе качества философа и естествоиспытателя в одинаково глубокой степени. Современное же состояние фундаментальной физики, по нашему глубокому убеждению, таково, что только одновременная разработка новых методологических оснований и новых теоретических концепций может привести к позитивному результату: анализ методологических проблем необходимо проводить не post factum, а с максимально возможным при данном конкретно-научном материале опережением.
Автор отдает себе отчет в том, что полное решение проблемы природы ФФП не может быть получено, пока не создана физическая теория, в формализм которой все три исследуемые ФФП входят одновременно (на-
14
пример, это может быть одна из моделей теории суперструн с фундаментальной планковской длиной). Ясно, что анализируемые в диссертации методологические функции ФФП находятся в процессе развития. Этот факт получил свое отражение в диссертации некоторыми новыми результатами конкретно-научного характера.
Научная новизна и конкретные результаты исследования содержатся в следующих основных положениях, которые выносятся на защиту:
1. Впервые предметом исследования выступают механизм и формы реализации методологических функций ФФП в формировании и развитии фундаментальных физических теорий. Обосновывается вывод о том, что методологическая функция ФФП реализуется через научную картину мира в прогностической, конструктивной и нормативно-регулятивной формах.
2. В рамках эвристической систематизации ФФП сформулирован новый методологический принцип с онтологическим основанием - hcG-принцип, а также выявлена и проанализирована методологическая функция гравитационной постоянной как принципа ограничения. Все это позволило, в свою очередь, уточнить границы применимости неклассических фундаментальных физических теорий.
3. Впервые проведен анализ методологических проблем, возникающих при разработке теории квантовой гравитации, который позволил установить, что существующие современные представления и подходы не позволяют создать удовлетворительную теорию нерелятивистской квантовой гравитации (/jG-теория).
4. Выявлено и описано новое свойство - лоренц-инвариантность длины, которым должна обладать длина, претендующая на роль фундаментальной. Это свойство заключается в ее абсолютном, инвариантном относительно выбора инерциального наблюдателя, характере.
5. Введение конкретного значения фундаментальной длины позволило предложить модель новой вакуумоподобной среды, структурным
элементом которой является объект с планковскими параметрами.
15
ментом которой является объект с планковскими параметрами. Найдены и проанализированы ее основные условия существования: уравнение со- стояния и новое кинематическое условие - лоренц-инвариантный покой. Последнее условие предполагает отсутствие относительного движения вещественного наблюдателя и вакуумоподобной среды. Обоснована непротиворечивость существования и свойств новой среды с современными представлениями основных физических теорий - специальной и общей теорий относительности и квантовой теория поля.
6. Проведенный анализ впервые разработанной нами концепции ва- куумоподобного состояния среды позволяет предложить полный космологический сценарий эволюции нашей Вселенной, включающий в качестве начального планковский этап, сформулировать и проанализировать методологические и конкретно-научные основания для выявления природы и сущности темной энергии.
7. Впервые предложена модель пространства с минимальным инвариантным пространственным элементом - планковской длиной, удовлетво- ряющая одновременно свойствам изотахии, кекинемы и реновации.
8. В рамках разработанной модели дискретно-непрерывного пространства-времени показано отсутствие затруднений, известных как апории Зенона "Ахиллес" и "Дихотомия". Как следствие, сформулировано и введено в обращение новое понятие минимально проходимого пути для движущегося объекта.
9. На основе методологического осмысления конкретно-научных фи- зических понятий проанализированы неудачи в построении моделей движения за пределами светового конуса СТО и предложена новая математическая модель гипотетической сверхсветовой области реальности. Успешное развитие модели оказалось возможным благодаря введению ряда новых основных физических понятий, таких как тахионная система отсчета, состояние покоя во времени, пространственный принцип причинности и др.
16

Получить работу