Синергетика научного познания

 

Ввиду исключительно высокой сложности эффектов, анализ которых предстоит выполнить, продолжение разговора целесооб­разно начать со специфики вопросов эпистемологической методо­логии при исследовании проблем квантового вакуума.

Сложность и внутренняя парадоксальность этих проблем сму­щала даже основоположников современной физики. «Наиболее непостижимая вещь в мире, — говорил Эйнштейн, — заключается в том, что мир постижим».

В биографии Бора есть такой эпизод. Однажды он отдыхал в горах, живя в альпийской хижине. Условия были далеки от сани­тарных норм. Как-то раз, моя посуду, Бор заметил: «Наш язык напоминает мне это мытье посуды. У нас грязная вода и грязные полотенца, а мы тем не менее хотим сделать посуду чистой. То же самое и с языком. Мы работаем с неясными понятиями, оперируем логикой, пределы применимости которой неизвестны, но, несмот­ря на все это, хотим добиться ясности в понимании природы!»

Расширяя горизонты познания, физики всегда развивали свою науку прежде всего в трех направлениях: изучение очень большо­го, очень маленького и очень сложного. Исследование проблем квантового вакуума, как видно из предыдущих глав, продвигалось во всех этих трех направлениях одновременно.

Если говорить о сложности этих проблем, то она также носит тройственный характер. Во-первых, это необходимость рассмат­ривать проблемы, обладающие сложной внутренней структурой. Во-вторых, структура каждой части этих проблем и сама может оказаться запутанной. И наконец, в-третьих, это высокая слож­ность проблемы для понимания. Из всего сказанного ясно, что в нашем случае мы имеем дело с такими проблемами, сложность которых близка к максимально возможной. Вспоминая снова слова Дирака, сказанные им об этих проблемах, можно заметить, что, насколько он был прав, говоря о значении этих проблем, на­столько же ошибался, считая их исследование не слишком слож­ной задачей.

В чем же должны состоять особенности методологического подхода к исследованию этих проблем сверхвысокой сложности, руководствуясь которыми можно будет не допустить в процессе

 

 

работы слишком много ошибок? Посмотрим, какие рекомендации можно извлечь, обращаясь к современным исследованиям по ме­тодологии и философии науки.

Первый в ряду этих вопросов касается реалистического отобра­жения действительности. В настоящее время можно говорить о четырех моделях.

1. Наивный реализм. Признается существование реального мира и предполагается, что он именно таков, каким мы его воспри­нимаем.

2. Критический реализм. Допускается, что реальный мир не во всем такой, каким он нам кажется.

3. Гипотетический реализм. Мы предполагаем, что мир имеет определенную структуру, что элементы этой структуры частично познаваемы. Проверка гипотез об этой структуре осуществляется на опыте.

4. Синергетический реализм. Мир представляет собой динами­ческую саморазвивающуюся систему, обладающую иерархичес­кой структурой и характеризующуюся наличием внутренних про­тиворечий. Исследование этой системы осуществляется путем по­строения альтернативных взаимодополняющих теоретических моделей, проверка которых осуществляется опытным путем.

Учитывая высокую сложность круга проблем, рассматривае­мых на страницах этой книги, следует отдать предпочтение послед­ней, синергетической модели.

Второй вопрос относится к определению правильного соотно­шения между фактами и теоретическими идеями. Знаменитый русский ученый-физиолог Иван Петрович Павлов говорил, что факты для ученого подобны воздуху для птицы — это та опора, которая поднимает его ввысь. Но ученый не должен превращаться в архивариуса фактов, говорил далее Павлов. При всей их важнос­ти факты остаются безжизненными, если их не одухотворяет твор­ческая идея.

Говоря о соотношении фактов и обобщающих научных идей, следует вспомнить эпистемологическую триаду «индукция — де­дукция — абдукция», о которой шла речь в гл. 4.5. Первый метод хорошо известен по творчеству Ф. Бэкона, Галилея и Ньютона, второму отдавал предпочтение Декарт, который утверждал, что метод научного познания сводится в основном к получению след­ствий из абсолютно достоверных постулатов. Абдукция — это спо­соб построения гипотез на основании имеющихся эксперимен-

 

 

тальных фактов и отбор из числа этих гипотез той, которая наи­лучшим образом оценивает исходную эмпирическую информа­цию. Абдукция естественным образом дополняется гипотетико-дедуктивным методом, существо которого состоит в получении следствий из выбранной гипотезы для их последующей проверки на опыте.

Этот сравнительный обзор особенностей различных методоло­гических подходов к углубленному исследованию проблем кван­тового вакуума позволяет сделать однозначный выбор в пользу синергетического метода отображения реальности и гипотетико-дедуктивной методики. Такой методологический выбор при всех его преимуществах равнозначен отказу от построения идеальной и близкой к совершенству теории. Вместо этого речь может идти о построении комплекса альтернативных теоретических моделей, подчиняющихся принципу дополнительности Бора. Надо заме­тить, что такой методологический подход соответствует теореме Геделя, из которой следует невозможность построения всеобъем­лющей аксиоматизации того или иного научного направления.

Процесс формирования достаточно строгой физической тео­рии проходит, как правило, в три этапа: систематизация и обобще­ние эмпирического базиса, идеализированное отображение объек­та и формулировка фундаментальных уравнений теории, исполь­зование теоретической модели для интерпретации известных яв­лений и предсказание новых эффектов. Заметим, что при решении задач второго этапа интуиция нередко играет более существенную роль, чем логический анализ.

Отмеченная выше высокая сложность изучаемых проблем тре­бует бережного отношения к лингвистической и семантической стороне исследования. Например, с точки зрения концепции фе­номенологии Э. Гуссерля надо различать такие понятия, как «явление», «феномен» и «сущность». Согласно этой концепции фено­меном можно называть только такое явление, которое полностью раскрывает собственную сущность. Принимая такую позицию, казимировский вакуум, например, можно называть феноменом, так как в этом явлении выражена его собственная сущность. А вот эффект спинорного излучения называть феноменом нельзя, пото­му что за ним стоит такая сущность, как возмущение квантового вакуума.

При построении теоретических моделей целесообразно прояв­лять осторожность в использовании идей философии фаллиби-

 

 

лизма (см. гл. 4.5). Следуя этим идеям, можно прийти к утрате таких концептуальных структур реальности, как «истина», «объ­ективность» и др.

И пожалуй, последнее методологическое замечание — об опас­ности предвзятых идей. Уместно вспомнить мысли, которые вы­сказывал по этому поводу Луи Пастер. Мы не делаем ничего, гово­рил он, не имея предвзятой идеи. Но нужно проявлять мудрую осторожность, чтобы не верить выводам, вытекающим из этой идеи, до тех пор, пока не будет получено ее подтверждение в тща­тельно поставленных и неоднократно повторенных в независимых лабораториях экспериментах.

Обобщая выполненный анализ, можно сформулировать цент­ральную синергетическую догму научного познания: стартовый этап научного исследования состоит в формировании исходной концептуальной идеи, которая может быть в начальном варианте получена внелогическим, интуитивным путем, а последующие этапы состоят в подготовке взаимосогласованных программ теоре­тического моделирования изучаемого явления и его эксперимен­тального исследования. Что касается роли интуиции, то об этом достаточно подробно говорилось в гл. 4.9. Нетрудно заметить, что в основе этой эпистемологической догмы лежит синергетическая триада трех взаимосвязанных элементов: базовая идея — экспери­мент — теория.

 

Глава 5.7

СУЩЕСТВУЕТ ЛИ ПЯТАЯ СИЛА?

 

Известны четыре типа фундаментальных взаимодействий — гравитационные, электромагнитные, сильные и слабые. С первы­ми из них все знакомы хорошо. Два оставшиеся оказываются су­щественными при очень малых расстояниях (~ 10^-13см) и опреде­ляют протекание ядерных реакций деления и синтеза в мире эле­ментарных частиц. И хотя большинство читателей, вероятно, не очень хорошо представляет себе тонкости протекания этих реак­ций, но зато те феномены, которые обусловлены этими реакциями,

 

 

известны всем превосходно, потому что именно благодаря им све­тят Солнце и звезды, а также взрываются атомные бомбы.

Физики стремятся раскрыть внутренние связи между этими взаимодействиями и работают над созданием единой теории поля. В 1960-х годах удалось создать теоретическую модель электросла­бых взаимодействий, объединившую два типа — электромагнит­ные и слабые. Следующие шаги — создание теории «великого объединения», которая должна включать и сильные взаимодействия, и в конце концов теории суперсимметрии, или супергравитации, объединяющей все четыре типа взаимодействий.

Как думают некоторые физики, создание такой теории будет равнозначно завершению основной программы физической тео­рии. Это будет последняя Теория Всего, утверждает профессор Кембриджского университета Ст. Хокинг. По его мнению, вполне вероятно, что успех может быть достигнут уже в ближайшее двад­цатилетие [147].

Эти надежды имеют свою историю. Последние 30 лет своего долгого творческого пути создать подобную Теорию Всего пытал­ся А. Эйнштейн. Он имел в виду объединение ОТО и релятивист­ской электродинамики.

Одна из причин постигшей его неудачи состояла в том, что к завершающему этапу его исследований были открыты два новых типа взаимодействий — сильные и слабые.

Можно думать, что в наши дни эта история повторяется: появились основания говорить о пятом типе фундаментальных взаимодействий — спин-торсионних. В соответствии с эписте­мологическими замечаниями, сделанными в предыдущей главе, обратимся к анализу той эмпирической информации, которая свидетельствует в пользу утверждений о реальности спин-тор­сионного поля.

Э. Фишбах (Университет штата Вашингтон) в 1988 г. выполнил обзор по исследованию дальнодействующих сил в экспериментах типа Этвеша [160]. Эксперименты этого типа были начаты в конце XIX в. в Венгрии Р. Этвешем с целью проверки теоретически установленной Ньютоном эквивалентности гравитационной и инерционной масс. В этих опытах использовалась методика, осно­ванная на подвешивании на торсионной нити различных матери­алов, у которых различалось отношение барионных зарядов к массе (барионный заряд равен единице у протонов, нейтронов и других тяжелых частиц). Результаты экспериментов свидетельст-

 

 

вуют о воздействии на пробные тела поля промежуточного диапа­зона, источником которого является барионное квантовое число. Какие-либо другие известные механизмы, которые могли бы объ­яснить эти данные, отсутствуют.

В работе Фишбаха и его коллег предложена феноменологичес­кая концепция пятой силы промежуточного диапазона. Новое вза­имодействие обладает, подобно электрическим зарядам, отталкивательной компонентой, а его величина составляет порядка 1% от силы тяготения. Как считает Фишбах, это поле должно учитывать­ся в теории взаимодействия протонов и нейтронов.

Аналитический обзор, составленный Фишбахом, включает 134 работы, выполненные с конца XIX в. до конца 1980-х годов, в том числе его собственные оригинальные исследования. С целью обнаружения существующих в природе полей нового типа использовался весьма широкий спектр экспериментальных методов: астрофизические наблюдения, проведение экспери­ментов с крутильными весами в горах и шахтах, эксперименты с каонами — электрически заряженными и нейтральными мезона­ми. Выводы, сделанные Фишбахом и его коллегами о существо­вании пятого типа взаимодействий, получены на основе обобще­ния весьма значительного объема прямых и косвенных экспери­ментальных данных и обладают высокой степенью научной до­стоверности. По мнению Фишбаха, источник этого нового поля может быть связан с неизвестным барион-барионным взаимо­действием.

П. Бойнтон и его коллеги из Университета штата Вашингтон провели исследование промежуточной силы в зависимости от хи­мического состава пробных тел [158]. В их экспериментах обнару­жен статистически достоверный результат. Если полагать, что эти результаты обусловлены пятой силой, то отнести ее проявления можно только за счет ядерного спина.

Спин играет важную роль при взаимодействиях между элемен­тарными частицами, в особенности в случае сильных и слабых ядерных взаимодействий. В некоторых случаях силы, обусловлен­ные спином, становятся существенными и в проявлениях гравита­ции, например при спин-спиновых гравитационных взаимодейст­виях между частицами. В. Де Саббата и К. Шиварам (Всемирная лаборатория, Женева, Швейцария) проанализировали результаты экспериментов по определению поперечного сечения рассеяния пучков поляризованных протонов при энергии порядка несколь-

 

 

ких ГэВ [177, 178]. Результаты экспериментов оказались завися­щими от того, параллельно или антипараллельно поляризованы пучки протонов. Де Саббата и Шиварам предположили, что это расхождение объясняется сильным спин-спиновым взаимодейст­вием протонов.

В экспериментах Э. Кросби, Г. Курта и их коллег исследовались столкновения между пучками поляризованных протонов в облас­ти энергии до 12 ГэВ. Был обнаружен рост поперечного сечения рассеяния в случае пучков с параллельной поляризацией по срав­нению с антипараллельной. Эти результаты соответствуют теоре­тическим ожиданиям [158].

К близкому заключению пришел А. Криш, который установил, что результат столкновения двух протонов зависит от направле­ния вращения их спинов. Он проводил эксперименты с пучками поляризованных протонов до 22 ГэВ [58].

Недавно Х.Хайасака и С.Такечи (Университет Тохоку, Токио) обнаружили аномальное уменьшение веса гироскопа, совершаю­щего правое вращение вокруг вертикальной оси. Изменение веса каждого из трех гироскопов измерялось при их вращении по инер­ции в вакуумной камере. Было установлено, что эффект носит асимметричный характер: снижение веса на несколько милли­граммов наблюдается только при правом вращении гироскопа вдоль вертикальной оси (вектор вращения направлен вниз). Из­менение веса пропорционально частоте вращения в диапазоне 3-10³ - 1,3-10⁴ об./мин. Левое вращение к изменению веса гироскопа не приводит [163].

Эксперименты, в которых был обнаружен этот гирогравитационный эффект, проводились неоднократно начиная с 1960 г., когда этот эффект впервые был обнаружен профессором Н.А. Ко­зыревым из Пулковской обсерватории. Известны также опыты Дж. Сэрла, который наблюдал эффект откачки энергии из вакуу­ма дисками из магнитных материалов, приобретавшими при вра­щении подъемную силу. Заметим для сравнения, что в опытах Хайасаки и Такечи роторы изготавливались из латуни, алюминия и кремний-содержащей стали, а весовое устройство — из немагнит­ных материалов.

В 1991 г. СМ. и О.С. Поляковы (Москва) опубликовали моно­графию, в которой описаны результаты новой серии обстоятель­ных исследований гирогравитационного эффекта [105]. В отличие

 

 

от других экспериментаторов они использовали более сложную установку, позволявшую исследовать поведение не только оди­ночного гироскопа, но и их бинарной и квадрупольной связки и, кроме того, эффекты, обусловленные прецессией гироскопов. В этих экспериментах эффект изменения веса гироскопов наблюдал­ся для обоих направлений вращения, но для правого вращения он был более значителен.

Основной вывод, к которому приходят Поляковы в своей рабо­те, состоит в следующем: экспериментально доказано, что в нели­нейной механической осесимметричной системе возможно появ­ление нескомпенсированных за цикл действия центральных сил, принуждающих центр тяжести системы к направленному движе­нию. И следовательно, возможно безопорное движение механичес­кой системы в целом. Факт существования этих мощных сил сви­детельствует в пользу гипотезы о наличии в природе нового вида энергии, неизвестного науке.

Прецизионные исследования ускорения силы тяжести в функ­ции глубины шахты, выполненные многими экспериментаторами, позволили зарегистрировать малые отклонения отталкивающего характера от закона Ньютона. Недавно П. Тилбергер из Бруклин­ской национальной лаборатории (США) повторил эти экспери­менты с новым дифференциальным акселерометром [180]. В этих опытах хорошо сбалансированная полая медная сфера, свободно плавающая и почти полностью погруженная в воду, смещалась в направлении к ближайшей стене скального грунта. Эти опыты подтвердили существование зависящего от материала спин-торси­онного поля промежуточной величины.

Таким образом, теория и эксперименты свидетельствуют, что пятая сила существует и природа ее связана со спиновыми взаимо­действиями. Более того, стало ясно, что этот новый спин-торсион­ный тип взаимодействий является скорее всего базовым по отношению ко всем остальным фундаментальным взаимодействиям — гравитационным, электромагнитным и ядерным, как сильным, так и слабым. Вопрос о константе спин-торсионных взаимодействий не решен, но, судя по данным экспериментов, ее нельзя считать пренебрежимо малой.

 

 

Глава 5.8