Философские проблемы физики

Философия физики занимает особое место среди других отраслей специальной философии науки, прежде всего, в силу ее концептуального богатства. Физика как наука зарождается в древности, отдельные разделы физики (статика) оформляются уже в античности, становление естествознания, основанного на систематическом применении математики и экспериментальной проверки гипотез, - это в значительной степени история физики. В своем развитии физика прошла ряд научных революций, связанных как со сменой картин мира, так и типов научной рациональности (классическая и неклассическая наука), что также представляет интерес для исследователей науки. Физика обладает развитой структурой: и теорией, и экспериментальной основой, на основе изучения ее структуры и языка логические позитивисты исследовали концептуальные каркасы науки, именно со стандартами физической науки соотносили иные научные дисциплины, в чем проявился т.н. физикализм неопозитивистской философии науки. Наконец, физика образует фундамент естественнонаучного знания, обращаясь к исследованию «кирпичиков» мироздания, физическая картина мира играет огромную роль в формировании общенаучной и философской картин мира. Поэтому философия физики особо значима для общей философии науки.

Круг философских проблем физики находится в динамике: так, на заре Нового времени внимание исследователей занимали вопросы применения математики, в частности, аналитической геометрии Декарта и дифференциального исчисления, разрабатываемого Лейбницем и Ньютоном, к сферам механики и оптики. В XIX в. философы и физики обсуждали проблемы становления теорий электричества и магнетизма, а позже становление новой, полевой картины мира, осмысливали роль концепта «энергия» в научной картине мира. С конца XIX в. философия рассматривала проблемы, связанные с открытием радиоактивного распада атома, а также проблемы, связанные с теорией относительности Эйнштейна. Наконец, с 20-х годовХХ века в центре внимания оказались проблемы со становлением неклассической механики: квантовой теории и квантовой теории поля. Философское осмысление актуальных проблем физической науки, как правило, было связано с потребностью привести в соответствие новое знание и характерный для него концептуальный аппарат с уже сложившимися в науке концептами. Так, обращение В.Гейзенберга к философии связано с потребностью согласовать понятия квантовой механики и картины мира, сложившейся в классической науке. Изменения в картине мира побуждали и философов науки, и физиков к исследованию логико-методологических проблем, например, проблемы протокольных суждений в науке, а научные инновации стимулировали обсуждение этических проблем (создание атомной бомбы).

В отечественных исследованиях в области философских проблем физики длительное время однозначно преобладала диалектико-материалистическая точка зрения. На основе этой методологии изучались, прежде всего, вопросы, связанные с т.н. «кризисом в физике» в начале ХХ века, философские проблемы теории относительности, концептуальная революция, связанная со становлением неклассической механики. В современных российских исследованиях предпринимаются попытки альтернативного рассмотрения философских проблем физики, причем внимание акцентируется на проблемах квантовой теории (В. Канке). В этой связи рассмотрение философских проблем физики предполагает учет такого «дуализма» подходов в отечественной философии физики.

«Кризис в физике» начала ХХ века, строго говоря, не являлся кризисом в самой науке, а был связан с разрушением философско-мировоззренческих представлений, господствующих в классической философии и науке, то есть отчасти был привнесен из общей философии. Для классической науки и механистической картины мира был характерен естественный материалистический взгляд на мир как познаваемую реальность. До середины XIX века науке было известно только одно состояние этого мира – вещество, которое рассматривалось как состоящее из неделимых атомов. Открытие второго состояния – поля потребовало уточнения ряда ключевых понятий науки и привело к формированию единой вещественно-полевой картины мира. На основе этой картины мира осуществлялся ряд открытий и концептуальных поворотов в физической науке. Так, открытие распада атома в результате открытий В.К.Рентгена (лучи), А.А.Беккереля (радиоактивность), У.Томсона и Э.Вихерта (электрон) в 1895-1897 гг. привело к новым представлениям о физических свойствах вещества. Масса, считавшаяся неизменной, превратилась в изменчивую величину, зависящую от величины скорости электрона. Так как эти изменения описывались уравнениями, некоторые исследователи сделали вывод о «дематериализации» действительности («Материя исчезает, остаются одни уравнения»). Этот «кризис» был преимущественно мировоззренческим, кризисом философского материализма в его наивной форме и получил разрешение через развитие понятия материи. Во-первых, различаются понятия изучаемого физиками материального мира (понятие «физической реальности») и философской категории «материи», во-вторых, уточняется эта философская категория, которая определяется как обозначение «объективной реальности, которая копируется, фотографируется, отображается нашими ощущениями, существуя независимо от них». Важнейшими характеристиками материи здесь являются «независимость от сознания» и «отражение в сознании», то есть доступность эмпирическим средствам познания. Такой подход сделал возможным сохранение материалистического понимания единой вещественно-полевой реальности независимо от результатов исследований, что в дальнейшем имело значение для отечественной физики в процессе новых открытий элементарных частиц, заметно изменивших представления о физической реальности.

В рамках классической науки и вещественно-полевой картины мира формировалась и теория относительности А.Эйнштейна. Становление специальной теории относительности (СТО) было связано с осмыслением концептуальных проблем, сложившихся в физике в связи с образованием новой картины мира. В центре внимания Эйнштейна оказалась проблема пространства и времени. Необходимость переосмысления этих важнейших категорий физики и философии была связана с тем, что концепция абсолютного пространства и времени И.Ньютона не соответствовала новой картине мира. Эти фундаментальные для классической механики понятия, связанные с представлением о неподвижном эфире, принимаемом за абсолютную систему отсчета, не соответствовали полевой картине мира. Трудности, связанные с измерением некоторых астрономических явлений (опыт Майкельсона - Морли), привели к допущениям о различиях в скорости света и необходимости использовать при расчетах дополнительные преобразования (преобразования Лоренца). Ввиду того, что при этих преобразованиях фиксировались такие явления как сокращение размеров тел при движении, был переосмыслен классический принцип относительности Галилея, применяемый при сравнении процессов в движущихся инерциальных системах. В полевой картине мира классические понятия «абсолютного времени», «равновременности», «равенства промежутков времени», применяемые при измерениях, не работали, и за основу было взято постоянство скорости света. Исследования света как формы электромагнитного поля привели к осознанию связи между пространством, временем и движением в СТО А.Эйнштейна. При этом конвенционалист А.Пуанкаре, внесший значительный вклад в разработку основ теории относительности, не стал ее автором, т.к. исходил из условности новых физических понятий. А.Эйнштейн, признававший их физическую реальность, материальность, сформулировал релятивистскую концепцию пространства и времени, основу которой составляют два постулата: принцип постоянства скорости света и принцип относительности, который был обобщен и распространен на электромагнитные процессы: «законы природы не зависят от системы отсчета». В дальнейшем принцип относительности Эйнштейна был распространен с электромагнитных явлений на поле тяготения: при этом выявилось равенство инертной и тяжелой масс. Принцип относительности был распространен на неинерциальные системы, была выявлена связь между тяготением и искривлением пространства, была создана общая теория относительности (ОТО).

Среди современных философских проблем физики особое внимание привлекают проблемы, связанные со становлением и развитием неклассической механики, что неудивительно, т.к. этот этап истории физики начался сравнительно недавно - менее ста лет назад и ряд концептов и проблем еще нуждаются в осмыслении. Многие, если не большинство философских и методологических проблем современной физики связаны с переходом от классической науки к неклассической. Становление квантовой механики (КМ) существенным образом изменило облик физики и науки в целом, изменилась картина мира, методология исследования, язык физики, ее концептуальная структура, сформировался новый неклассический тип научной рациональности.

Рассматривая вопрос о природе объектов квантовой механики необходимо отметить, что для описания реальности используются математические формализмы, получающие определенную интерпретацию. В этой связи важными являются концепты математического ожидания, вероятности, и неопределенности. Экспериментатор не в состоянии определить ни математическое ожидание величины, ни вероятность ее наступления, т.к. это предполагает бесконечное число испытаний и выборок. Но он вынужден ограничиться конечным числом испытаний.

В целом проблема интерпретации квантовой механики является важной проблемой философии неклассической механики. Различают копенгагенскую, ансамблевую, многомировую, и другие интерпретации.

Среди проблем, которые здесь возникали, можно указать проблему формирования представлений о пространственно-временном механизме электромагнитных взаимодействий. Так, выяснилась невозможность использования здесь представлений о едином времени. Трудности возникли и при установлении таких параметров взаимодействия между частицами поля как масса, заряд, импульс. Наряду с проблемой пространственно-временной картины квантово-полевых взаимодействий значительное внимание привлек принцип локальной калибровочной инвариантности. Калибровочная или фазовая инвариантность позволила выявить соотношение между частицами и полями. Была выявлена связь между локальной калибровочной инвариантностью и принципом симметрии. Принцип симметрии рассматривается физиками как средство избежать бесконечностей в квантовой теории поля. 

Для анализа сильных взаимодействий была разработана квантовая хромодинамика, одним из основных понятий которой является понятие кварков. Методы анализа и основные понятия и принципы, такие как принцип калибровочной инвариантности, применяемые в квантовой электродинамике, первоначально представлялись неприменимыми для анализа таких взаимодействий. В дальнейшем для объяснения поведения кварков было введено понятие асимптотической свободы кварков, физический смысл которой состоит в том, что чем меньше расстояние между кварками, тем более они свободны. Был разработан метод возмущений. В дальнейшем была установлена связь различных методов и применимость калибровочной инвариантности для анализа сильных взаимодействий тоже. Но этой основе возникла идея объединения всех четырех типов взаимодействия – концепция великого объединения.

Была разработана группа симметрий – совокупность преобразований, при применении к уравнению оставляющих его инвариантным. Эти симметрии применялись к разным типам взаимодействия, и означали, что взаимодействие частиц посредством фотонов оставляет их неизменными. Идея великого объединения встретилась с рядом трудностей. В нее не удавалось включить теорию гравитации, т.к. при ее включении возникает потребность в концепции суперструн, а она сочетается не с квантовой теорией поля, а с теорией струн.

Значительный комплекс философских проблем связан с исследованием гравитационных взаимодействий, преобладающих не в микромире, а в макро- и мегамире.

Современная физика представляет собой сложную дифференцированную научную систему специальных дисциплин, находящихся в многообразных интернаучных взаимодействиях. Картина мира современной физики может рассматриваться как собрание сложных концептальных образований, допускающих многообразную интерпретацию. Развитие физики за последнее столетие существенно изменило естественные представления о мире, сложившиеся в макромире, придало научной картине мира характер условности и относительности, показало особую роль в формировании научной картины мира не результатов экспериментальных исследований и научных фактов, а фундаментальных принципов. В этом свете заметные изменения произошли в философии и методологии физики.