Проблема объективности в современной физике
При рассмотрении философских вопросов квантовой физики важно иметь в виду особенности физического познания микромира - микрообъекты, исследуемые квантовой физикой. Они недоступны непосредственному наблюдению. В силу этого недостаточно понятий классической физики для описания микрообъектов. Потребовались новые способы мышления и новые понятия, чтобы осмыслить мир молекул, атомов и элементарных частиц. Ведь математические законы квантовой теории показывают ясно, что наши обычные представления неприменимы к описанию взаимодействий микрообъектов. И такие понятия, "еще более абстрактные" (М. Борн) и адекватные для описания микрочастиц, были созданы. Характерно, что эти понятия (абстрактные конструкты) возникли в результате интерпретации математического формализма атомной физики. Поэтому возрастает роль символов в создании конструктов, в функционировании физической теории.
Существующие в современной теоретической физике и космологии трудности в создании новых теорий обусловлены неразработанностью необходимого понятийного аппарата. К тому же понятия физики микромира, квантовой механики, релятивистской космологии трудно вербализовать, и здесь единственным выходом является использование символов. Можно сказать, что символы неразрывно связаны с познанием физической реальности. Абстрактные конструкты и научные символы дают человеку возможность не только адаптации к окружающим вещам, но и предвидения, активного изменения предметов объективного мира в соответствии с его нуждами и потребностями. У человечества всегда существует потребность в предвидении новых событий и непосредственно не наблюдаемых явлений окружающего мира. Большую роль ныне в этом отношении играет мир абстрактных конструктов и математических символов. Собственно их возникновение и вызвано вышеупомянутой потребностью.
Необходимо иметь в виду то обстоятельство, что каждая физическая теория представляет собою мир абстрактных конструктов и символов. В целом можно сказать, что она: 1) строится из символических и частично конвенциональных единиц, 2) относится к физическим системам, 3) неполно и косвенно отражает реальные объекты и 4) подвергается экспериментальной проверке, что влечет за собой возникновение новых теорий и предположений о физическом существовании определенных объектов. В определенном смысле физическая теория - форма символического представления объективной реальности.
В современной науке имеется множество различных концептуальных пространств - конфигурационное пространство механики Лагранжа, фазовое пространство аналитической механики в гамильтоновой форме, пространство Минковского, многомерное пространство импульсов, бесконечномерное пространство Гильберта, твисторное пространство и др., которые являются символическим отображением реального мира природы и строятся на основе языка математических символов. Такого рода абстрактно-символические пространства выступают в качестве субститута реально-объективных пространственных и временных отношений, являются средством достижения истины. Без них невозможно представить современные исследования в таких областях науки, как математическая физика, теоретическая физика, астрономия, релятивистская астрофизика и т.д.
Известный немецкий философ Э. Кассирер гипостазировал роль абстрактно-символических пространств в науке и пришел к выводу, что объективный мир и есть результат применения априорных форм пространства и времени к многообразию эмпирических данных, благодаря чему последнее дифференцируется и упорядочивается. В силу этого (хотя здесь и есть рациональный момент, а именно: физическое пространственно-временное описание мира в определенной степени детерминировано культурой) он утверждает, что символы конституируют такой вид объективного мира, как мир науки.
В аспекте нашей проблемы безусловным является то, что модели пространственно-временного описания в физике не являются исчерпывающими. Об этом свидетельствует гносеологическая ситуация, сложившаяся в физике элементарных частиц. Эта ситуация указывает на необходимость изменения языка теоретической физики и основных понятий теории: понятий "поле", "частица", "пространство"," время", которые являются весьма абстрактными и ненаглядными. Однако в основе новых понятий пространства и времени будут лежать в снятом виде понятия макроскопического пространства и времени; последние уже будут выступать в качестве символического образа по отношению к первым. Следует считаться с тем, что пространство и время следует рассматривать не просто как природные феномены, а в связи с формами человеческой деятельности, которые и дают возможность получить на языке символов определения, адекватные пространственным и временным отношениям того или иного уровня материального мира.
Именно формы человеческой деятельности, присущие техногенной цивилизации, дают возможность ставить новые эксперименты (как реальные, так и мысленные), которые позволяют все глубже проникать в сюрреалистическое квантовое царство. Эксперименты современных исследователей, "квантовых правдоискателей", по выражению Дж. Хоргана, состоят не в том, чтобы создать еще более быстродействующие компьютеры или устройства связи, хотя это и может оказаться одним из результатов их исследований, а в том, чтобы раскрыть поражающую воображение сущность квантового царства.
И, наконец, существует информационная интерпретация квантовой физики, исходящая из абсолютизации представления о том, что волновая функция - это информация о микрообъекте. Конечно, всякая запись является информацией, более того, дополнительная информация о микрообъекте заставляет физиков изменить волновую функцию. Однако сторонники "информационной интерпретации волновой функции" претендуют на нечто большее: они утверждают, что говорить о состоянии микрообъекта бессмысленно, можно говорить только об информации. Но, задают вполне справедливый вопрос (В.П. Демуцкий и Р.В. Половин): информации о чем? Если о микрообъекте, то микрообъект объективно существует, так как «...информация отображает адекватно современному состоянию науки объективные закономерности природы". Если же это абстрактная информация, то она не имеет никакого отношения к квантовой механике. Абстрактная информация может описывать все что угодно - от результата футбольного матча до эволюции Вселенной. "Конечно, можно изучать знания наблюдателя в физике, а не саму физику, - отмечает Л. Бэллентайн, - но такое изучение не соответствует нашей цели. Например, знание наблюдателя об определенной системе может резко измениться как в результате удара по голове, который вызовет потерю памяти, так и вследствие получения новой информации. Субъективисты стремятся игнорировать первое и в то же время подчеркивают последнее".
Физики исходят из понимания волновой функции не только как информации, но и соотносят с ней объективный смысл, а именно: волновая функция описывает движение микрочастиц во внешнем поле. Часто против объективности волновой функции выдвигают возражение, что она определена неоднозначно, ибо физический смысл имеет только квадрат модуля волновой функции. К тем же наблюдаемым результатам можно придти, если умножить все волновые функции на корень квадратный из минус единицы или минус единицу. Но это не возражение, так как большинство математических объектов также определено неоднозначно. Например, ничего не изменится, если дробь 1/2 представить в виде 3/6 или 5/10.
Приведенные интерпретации квантовой механики вполне понятны - никакая отдельная физическая теория не является абсолютной истиной. Любая физическая теория имеет ограниченную область применимости, представляет собой относительную истину. "Я полагаю, - пишет в связи с этим известный физик М. Борн, - что, строго говоря, кроме математики, не существует незыблемых принципов". Любая теория содержит некоторые упрощения, деформации, искажения действительности: "Мы не можем представить, выразить, измерить, изобразить движения, не прервав непрерывного, не упростив, угрубив, не разделив, не омертвив живого" (В.И.Ленин). Каждая физическая теория противоречит какому-то эксперименту (возможно, до сих пор еще не произведенному). Более того, физическая теория, разрывая существующие связи, противоречит отдельным философским принципам. Это связано с тем, что "все известные нам принципы несовместимы друг с другом, так что от чего-то нам нужно отказаться" (Р. Фёйнман).
Известно, что квантовая механика противоречит детерминизму: (единичные события не детерминированы), что ньютоновская механика противоречит асимметрии времени и материальности причины. Но если каждая физическая теория может противоречить философским принципам, то существует ли какое-нибудь ограничение на физическую теорию, следующее из мировоззрения? «Единственное "свойство" материи, с признанием которого связан философский материализм, есть свойство быть объективной реальностью, существовать вне нашего сознания» (В.И. Ленин). Этот принцип - принцип объективности материи - выступает методологическим основанием для любой физической теории. Принципу объективности противоречит утверждение, что квантовомеханическая волновая функция не имеет объективного смысла и выражает только наши сведения о состоянии микрообъекта. Волновая функция носит вероятностный характер, так как определяет вероятность, т. е. объективную меру возможности.
В философском осмыслении фундаментальных проблем квантовой физики, особенно привлекательным в теории является ее интегративный характер. В центре внимания физиков находится проблема создания единой теории всех фундаментальных взаимодействий ("теории всего"). Здесь значимым оказывается самый амбициозный из проектов, связанных со струнами. Струнам придается фундаментальный характер. Элементарными объектами предлагается считать не точечные частицы, а одномерные протяженные объекты (это наивное и прямолинейное приложение теории струн к проблеме объединения взаимодействий). "С точки зрения стандартной теории элементарных частиц, - пишет А.Ю. Морозов, - это равносильно гипотезе о существовании бесконечно большого многообразия частиц с определенным образом упорядоченными спектрами масс и структурой взаимодействий. Замечательным образом такая гипотеза не только не приводит к противоречиям с существующими экспериментальными данными (большинство дополнительно введенных частиц имеет очень большие массы и практически не наблюдаемо), она не ухудшает и "качества" теории квантовой теории поля, несмотря на введение новой бесконечности (бесконечного числа частиц)... Мало того, что на этом пути можно построить перенормируемую теорию квантовой гравитации. Оказывается принципиально возможным отказаться от самого (отравившего жизнь многим поколениям теоретиков) принципа перенормируемости (этот принцип означает замену бесконечностей, вызванных трактовкой квантовых объектов как точечных частиц конечными величинами). Открывается возможность построить конечную фундаментальную теорию". Неудивителен интерес физиков к теории струн, которая обещает хорошие перспективы в решении целого ряда принципиальных проблем современной физики. В заключение приведем оценку ситуации, сложившейся в современной физике, которая дана известным американским физиком Л. Кроссом.
Лоренс Кросс отмечал: «Сегодня перед нами стоят три насущных вопроса: какова природа темной энергии, как согласуется испарение черных дыр с квантовой механикой и, наконец, существуют ли дополнительные измерения? Все они связаны между собой и требуют пересмотра взглядов на квантовую теорию гравитации. Кто-нибудь непременно должен выдвинуть совершенно новую идею. Трудно предсказать, когда это произойдет. В 1904 г. нельзя было предвидеть, что годом позже появится замечательная теория Альберта Эйнштейна. Я думаю, что эти вопросы, скорее всего, будут решены теоретическим, а не опытным путем, поскольку пока мы не в состоянии проводить эксперименты, результаты которых помогли бы нам найти правильный ответ. Готов держать пари, что решение не будет похоже ни на одну из известных ныне теорий, включая теорию струн».