Философия. Философия_ответы. Билеты для кандидатского экзамена по истории и философии науки в группе Хмелевской
 Скачать 2.28 Mb.
|
|
1. Мысленный эксперимент всегда основан на положениях некоторой теории? 2. Можно ли, исходя из предыдущего, сделать вывод о том, что все результаты МЭ не должны выходить за рамки соответствующей теории? Во-первых, ряд МЭ действительно формулировался на базе каких-то уже существую- щих теорий. Так, ЭПР-парадокс опирался на квантовую механику. Мысленный эксперимент «падение наблюдателя в чёрную дыру» формулировался на базе общей теории относитель- ности. Однако в отношении многих других фундаментальных МЭ этого сказать нельзя. Так, галилеевский МЭ с пулей и ядром ни на какой теории не основывался, поскольку таковой в то время просто не существовало в принципе. Мысленные эксперименты Галилея толь- ко закладывали основы первой естественнонаучной теории. Ответ на второй вопрос также должен быть отрицательный. МЭ «лифт Эйнштейна» опирался на классическую механику и теорию тяготения Ньютона, однако его анализ и сделанные из него выводы привели к появлению принципиально новой теории — общей теории относительности. Принципиально важным является вопрос о том, может ли мысленный эксперимент дать новое знание? Можно ли, например, только основываясь на мысленном эксперименте пред- сказать результаты готовящихся экспериментов на строящемся адронном суперколлайдере? Существуют ли какие-то надежные критерии правильности полученных результатов? По- добная возможность позволила бы значительно изменить ситуацию в физике. Достаточно сказать, что такая возможность позволила бы сэкономить миллиарды долларов, которые также можно было бы использовать на научные цели. Уже сейчас хорошо известно, что МЭ действительно приводят к принципиально новому знанию. Так, ЭПР-парадокс привёл к появлению принципиально нового понятия несепа- 129 рабельности в квантовой механике, а соответственно и к появлению новых представлений в области квантовых процессов. Мысленный эксперимент с «лифтом Эйнштейна» дал воз- можность сформулировать принцип эквивалентности между гравитационным полем и уско- рением (неинерциальным движением), и т.д. 2.4 Принцип относительности как основание фундаментальной фи- зики. В процессе движения к новой фундаментальной физической теории важную роль приобре- тают выявление и анализ оснований физического знания. Физические принципы являются важнейшей составляющей этих оснований. В настоящее время известно достаточно мно- го принципов, которые составляют фундамент физического познания. Среди них: принцип наименьшего действия, принцип соответствия и дополнительности, принцип симметрии и другие. Рассмотрим принцип относительности (ПО). Краткая история представлений об относительности в науках о природе. В науке разви- тие представлений об относительном характере процессов в природе имеет свою весьма про- должительную историю. Во времена Аристотеля движение рассматривалось относительно покоящейся Земли. Эти аристотелевско-птолемеевские воззрения господствовали в тече- ние почти двух тысячелетий. Одним из первых эти воззрения подверг критике Николай Кузанский в XV веке. Он указал на кинематическую относительность движения и покоя. Следующим обратил внимание на относительные эффекты при движении Н.Коперник. Об- суждая движение Земли и Вселенной, он писал: «. . . когда корабль идет по спокойной воде, всё, что находится вне его, представляется морякам движущимся в соответствии с движе- нием корабля; сами же они со всём, с ним находящимся будто бы стоят на месте. Это же, без сомнения, может происходить и при движении Земли так, что можно прийти к мнению, будто вращается вся Вселенная». Много внимания изучению движения уделял Г.Галилей. Анализируя движения различ- ных тел, от брошенного камня до планет, он обнаружил независимость механических яв- лений от прямолинейного и равномерного движения систем отсчета и впервые выразил эту независимость в форме принципа. При создании своей механики И.Ньютон выделяет и фиксирует сложную внутреннюю структуру пространства и времени. В его теории со- существуют два типа пространства и времени: с одной стороны, абсолютные пространства и время, с другой — относительные. В ньютоновской механике в инерциальных системах отсчета покой и равномерное прямолинейное движение становятся относительными, тогда как ускорение относительно абсолютного пространства имеет абсолютное значение. Вслед- ствие этого в механике Ньютона существует неравноправие физического порядка между относительными скоростями тел и абсолютным характером ускорений и сил, вызывающих движения этих тел. В XVIII веке Ж.д’Аламбер формально записал уравнения Ньютона для ускоренной си- стемы отсчёта, приравняв тем самым силы инерции всем остальным силам. С точки зрения механики д’Аламбера всегда можно найти такую ускоренную систему отсчёта, в которой внешние по отношению к данному телу ньютоновские силы и силы инерции уравновеши- ваются, т.е. полное ускорение системы становится равным нулю. Важно подчеркнуть, что д’Аламбер впервые показал, что выбором системы отсчета можно «занулить» ускорение системы тел. Таким образом, в д’Аламберовской механике полное ускорение оказывает- ся относительной величиной. В дальнейшем различные аспекты относительного характера движения получили глубокое развитие в работах Э.Маха, Г.Герца, А.Эйнштейна. Теоретико-физическая реализация принципа относительности имеет более чем 350-летнюю историю своего развития с момента появления его первой формулировки (Галилей, 1632 г). 130 Она была выражена следующим образом: «Прилежно наблюдайте всё это, хотя у нас не возникает сомнения в том, что пока корабль стоит неподвижно все должно происходить именно так. Заставьте корабль теперь двигаться с любой скоростью и тогда (если толь- ко движение будет равномерным и без качки в ту и другую сторону) во всех названных явлениях вы не обнаружите ни малейшего изменения и ни по одному из них не сможете установить, движется ли корабль или стоит неподвижно». Исторический срок, прошедший после этого события, оказался необычайно плодотвор- ным и для развития самого принципа, и для физики в целом. Эволюция физических форм принципа относительности подтверждает его мощные эвристические, экспликативные и конструктивные (в плане построения фундаментальных теорий) потенции. С точки зрения логики развития науки, можно сделать вывод о существовании определённой тенденции в формировании и трансформации теоретико-физических структур. Как показывает история физики, эта тенденция самым тесным образом связана с развитием принципа относитель- ности, которое исторически сопровождалось качественными скачками в его содержании и понимании. Методологическое значение исторического развития принципа относительности для про- гресса фундаментального физического знания, можно определить следующим образом. Ко- гнитивное движение принципа относительности, уже прошло через определённое количе- ство, N, качественно определенных узлов раскрытия нового содержания этого принципа, и сопровождается появлением в этих узлах фундаментальных физических теорий. В на- стоящее время N равно, по крайней мере, трем. Важно отметить, что каждому такому когнитивному узлу развёртывания содержания принципа относительности соответствует новая фундаментальная физическая теория. В то же время следует отметить, что взаимно- однозначного соответствия здесь нет: в настоящее время не каждой фундаментальной тео- рии соответствует новое содержание принципа относительности. Примерами этого положе- ния могут быть, например, квантовая механика и статистическая физика, для которых не существует специфической формулировки принципа относительности. Принцип относительности и фундаментальные физические теории. Рассмотрим ступени восхождения ПО и соотношения «принцип относительности — фундаментальная физиче- ская теория» в их последовательном эволюционном становлении. Для наглядности пред- ставим это в виде схемы: 131 При этом мы не будем уделять внимание вопросу о выяснении природы причинно- следственного порядка их становления. Также не обсуждается и вопрос о том, что же было исходным пунктом появления каждой следующей фундаментальной физической теории в приведённой в таблице последовательности. Мы проследим главное для нас — чёткое со- ответствие определённого уровня развития принципа относительности и соответствующей фундаментальной теории, а также вытекающей отсюда тенденции. Так, принцип относительности Галилея стал определяющим основоположением клас- сической механики Ньютона. Следует отметить, что сам Галилей не формулировал его в виде конкретного принципа. Он говорил о сохранении физических (механических) процес- сов при различном инерциальном движении, в том числе и в покое. В качестве принципа его впервые сформулировал А. Пуанкаре. В настоящее время существует несколько фор- мулировок этого принципа. Одна из формулировок гласит: любые физические процессы не изменяются при переходе от одной системы отсчета к другой. В современной форме он обычно формулируется следующим образом: все законы физики сохраняют свой вид в любых инерциальных системах отсчета (ИСО). При этом во времена Галилея и Ньютона в этом плане рассматривались в основном механические законы. Существует также вто- рая формулировка этого принципа: не существует никаких механических экспериментов, которые бы показали, движется тело или покоится. Следующая ступень эволюционного восхождения принципа относительности в физиче- ском познании связана с разработкой Лоренцем, Пуанкаре и Эйнштейном специального принципа относительности в электродинамике. Он явился обобщением галилеевского прин- ципа и выглядит аналогично. Первая формулировка: все законы физики сохраняют свой вид в любых ИСО. Вторая формулировка показывает на какие законы происходит расширение: не существует никаких механических и оптических (электромагнитных) экспериментов, ко- 132 торые бы показали, движется тело или покоится. Физико-теоретическая реализация этого принципа относительности также выразилась в создании новой фундаментальной теории — специальной теории относительности (СТО). Третий этап связан с формулировкой Эйнштейном общего принципа относительности. Он расширяет действие этого принципа на тяготение и формулируется аналогичным обра- зом. Он послужил в качестве первого постулата при построении новой фундаментальной физической теории — общей теории относительности (ОТО). Первая формулировка: все за- коны физики сохраняют свой вид в любых ИСО. Вторая формулировка также показывает на какие законы происходит расширение: не существует никаких механических, оптических (электромагнитных) и гравитационных экспериментов, которые бы показали, движется те- ло или покоится. Таким образом, ясно прослеживается определённая закономерность развития физиче- ского познания. Её можно выразить следующим образом: осознание нового физического содержания принципа относительности приводит к появлению новой фундаментальной фи- зической теории. И хотя указанный путь развития физики — лишь одно из основных на- правлений её современной эволюции (вторым мощным направлением является, например, квантово-полевая программа, основанная на поиске новых симметрий), содержание узлов этой цепи развития позволяет сделать вывод о том, что ряд наиболее существенных дости- жений в физике (фундаментальные теории) связан с развитием принципа относительности. В более радикальной и обобщающей форме этот вывод означает, что развитие фундамен- тальной физики есть последовательное развитие принципа относительности. Если сказанное выше о связи исторической эволюции принципа относительности и фор- мирования новых фундаментальных физических теорий справедливо, то справедлив и во- прос о том, существуют ли сегодня какие-нибудь тенденции дальнейшего развития прин- ципа относительности и, соответственно, направления разработки новой фундаментальной теории относительности? Прежде чем искать некоторые возможные варианты ответа на этот вопрос, следует сде- лать несколько замечаний о содержании принципа относительности. Выше отмечалось, что его историческое наполнение раскрывается следующим образом. Законы природы одинако- вы: 1. в инерциальных (движущихся прямолинейно и равномерно) системах отсчета, допус- кающих дальнодействие (классическая механика Галилея—Ньютона); 2. в инерциальных релятивистских системах отсчета, учитывающих конечность и абсо- лютность скорости распространения физических взаимодействий (специальная теория относительности); 3. в любых, в том числе неинерциальных системах отсчета. Релятивизация физических величин. Принцип относительности имеет несколько смыс- ловых значений. Во-первых, самим Галилеем он понимался как принцип сохранения фи- зических процессов по отношению к по-разному движущимся или покоящимся системам отсчёта. Существует точка зрения, что «формулировка принципа относительности явилась лишь логическим результатом его (Галилея — В.Э.) взгляда на неограниченность мира». Как уже отмечалось выше, в современной физике интерпретация принципа относитель- ности сводится к следующему: физические законы сохраняют свой вид относительно опре- деленным образом движущихся систем отсчёта. Такая интерпретация связана с ковариант- ностью законов физики. Однако фактическое содержание этого принципа богаче. История фундаментальной физики показала, что реализация каждого обобщения ПО всегда была также связана с релятивизацией физических величин. 133 Иными словами, на каждом шаге расширяется и углубляется понятие относительности физических величин и процессов. В этом контексте прогресс в развитии фундаменталь- ных теорий, основанных на соответствующих принципах относительности, также связан с переходом от физических величин, считавшихся абсолютными в одних системах отсчета, к относительности этих же величин в качественно иных системах отсчета или, другими словами, по отношению к другим формам (механического) движения. Предложенная ин- терпретация следует представлениям об относительном характере любых физических вели- чин и понятий. В ней реализуется стремление на теоретическом уровне наделить элементы физического знания относительным характером. С этой точки зрения полная реализация этого принципа требует придания относительного характера всем физическим величинам (понятиям), процессам, событиям и видам движения. Очевидно, что интерпретация этого принципа на таком уровне требует его фундаментального философского осмысления. С точки зрения такой интерпретации физической относительности, исторические пе- реходы от одной фундаментальной механики к другой выглядят следующим образом. До Галилея скорость движущихся тел считалась абсолютной величиной. Принцип относитель- ности Галилея и галилеевские преобразования сделали её относительным физическим поня- тием. Согласно галилеевским преобразованиям координат, а именно, при переходе в инер- циальную систему отсчета, движущуюся относительно исходной прямолинейно с некоторой постоянной скоростью, можно обратить в состояние покоя любое подобное движение. Таким образом, скорость и покой оказываются относительными. Этот результат сохраняется и в специальной теории относительности (кроме скорости света в пустоте, которая остаётся абсолютной), но здесь относительными (в зависимости от скорости тела) становятся также и такие физические понятия, как одновременность, длина (сокращение размеров тела в направлении движения), длительность (замедление времени) и масса тела (возрастание массы тела с ростом скорости тела). Наконец, в общей теории относительности относительной становится ещё одна фундаментальная физическая величи- на, характеризующая движение, — ускорение. Кроме того, относительным становится само гравитационное поле, которое может быть заменено ускоренной системой отсчета и при определенных условиях «занулено» (правда, только локально). Если в классической меха- нике и специальной теории относительности ускорение считалось физически абсолютным, то общерелятивистские преобразования позволяют “занулить” ускорение путём введения гравитационного поля. Эйнштейн придавал большое значение релятивизации физических величин. Вот что он писал в этой связи: «В теории относительности понятие абсолютной одновременности, аб- солютной скорости, абсолютного ускорения и т.д. отвергаются именно потому, что доказана невозможность установления однозначной связи их с экспериментом. Та же судьба постиг- ла и понятий “плоскости”, “прямой” и т.д., лежащих в основе Евклидовой геометрии». При этом Эйнштейн подчёркивал, что возникновение новой теории относительности не является следствием умозрительного абстрактного конструирования, а вытекает из требования соот- ветствия теории опыту (и, следовательно, действительности): «С гносеологической точки зрения для теории относительности характерно следующее. В физике не существует поня- тия, применение которого было бы априори необходимым или обоснованным. То или иное понятие приобретает право на существование лишь в том случае, если оно поставлено в яс- ную и однозначную взаимосвязь с событиями и физическими экспериментами. . . Для каж- дого физического понятия должно быть дано такое определение, чтобы в любом конкретном случае на основе этого определения можно было бы в принципе сказать, соответствует ли это понятие действительности или нет». Подобная трактовка физической относительности меняет существо методологического подхода к физике, меняет само «видение» современной физической проблематики. Она по- 134 рождает новые цели и методы дальнейших путей развития современной физики. Согласно этой стратегии релятивизации физических понятий относительными должны стать бук- вально все физические понятия и величины. Чтобы реализовать эту тенденцию предстоит разработать такую новую фундаментальную физическую теорию, в которой, в частности, был бы придан относительный характер, всем квантово-полевым величинам, в том числе зарядам, квантовым числам и т.д. Естественно, что в первую очередь это должно касаться попыток построения единой («окончательной») физической теории. И мы возвращаемся к материалам Агапова Д. 2.5 Особенности эволюции принципа относительности и квантовая механика. Этот билет начинается с точеного цитирования предыдущего . Я это пропущу. Попытаемся рассмотреть возможность дальнейшей эволюции принципа относительно- сти на примере квантовой теории. Можно ли явным образом в прорисованную выше схему эволюции принципа относительности включить, в частности, квантовую механику (КМ)? |