Философско-методологическое значение дискуссий в физике на рубеже XIX-XX вв.

Физика вплоть до 20 века базировалась на идеях, которые фактически еще лежали в основе механики Ньютона, и в эту картину вписалось большое многообразие других идей, которых конечно никак не могли представить себе не только Ньютон, но и все люди в то время. Появилась молекулярно-кинетическая теория газов, которая была, по сути дела, статистической теорией, это было совсем новое мышление, но, тем не менее, она укладывалась в основные идеи механистической картины мира. Дальше появляется вторая уникальная доктрина – электромагнетизм, возникло поле - совершенно новая реальность, но, тем не менее, и поле трактовалось с позиции механистической картины, т.к. считалось, что поле – это некоторая напряженность в эфире, а эфир – среда, которая вполне укладывается в мех. картину мира. Две самые мощные идеи, которые были не традиционны, тем не менее, уложились в эту картину мира. Ощущение ученых того времени – понимали, что это новые идеи, но рассматривали их как часть, определенное развитие тех представлений о мире, которые заложил Ньютон, не противоречие, а просто расширение картины мира.

Аналогичный пример в биологии. Совсем другие задачи, но они все равно рассматривались с позиций механистического мировоззрения. Пример - теория эволюции Дарвина. Дарвин дает механическое объяснение целесообразности. Никакой цели нет, а есть только борьба случайностей. Идея Дарвина – идея, четко укладывающаяся в механистическое мировоззрение, и утверждающее его. В конце 19 века все, что люди знали о реальности, все укладывалось в механистическую картину мира.

20 век – век подлинной революции в науке. Революции были и социальными и культурными и экономическими, и в науке. В 19 веке можно проследить такой же синхронизм. Надо констатировать факт: В конце 19 веке сложилась не только механистическая картина мира, но и в конце 19 века развилась мировая экономика, был поделен мир, появились все современные социально-политические структуры, партии, профсоюзы, кризисы. Церковь в конце 19 веке признала легитимной республику, раньше церковь утверждала, что легитимной может быть только монархия, и республики (с конца 18 века) встречались в штыки церковью. В конце 19 века церковь признала республики и признала все буржуазные права человека (труд, профсоюзы и т.д.). Целостность восприятия мира транслируется на все другие формы культуры. Даже в искусстве все классические стили закончили существование на рубеже 19-20 века, последний стиль (мировой) – модерн. Искусство тоже достигает “классической точки” в своем развитии. Для искусства 20 века было характерна колоссальная революционная ориентация.

Наука в 20 веке будет колоссально раскрепощена, и ее будут делать мальчишки. Первая половина 20 века – уникальный феномен в истории физики. Молодые люди из разных стран взаимодействовали и делали революционные шали, прежде всего, в понимании микромира. Эйнштейн в 25 лет создает теорию относительности – новую физику, в совершенно новом стиле мышления. Выдающиеся физики 20 века все философствовали, все стремились осмыслить процессы, в которых они играли решающую роль. В этих работах, которые были написаны в первой половине 20 века, фиксируется 2 направления научной революции – теория относительности и квантовая механика.

К концу 20 века, сложится направление, изучения индетерминизма в детерминистских системах, т.е. проявление случайности в сложных детерминистских системах, или в простых, но рассматриваемых за длительное время. И это будет одно из главных направлений развития физики в конце 20 века. Пригожин говорит, что наряду с теорией относительности и квантовой механикой, величайшей работой является работа Гиббса - статистическая механика. Надо проводить линию от молекулярно-кинетической теории газов, от статистической трактовки энтропии Больцманом, к статистической механике Гиббса 1902, дальше к работам о неравновесных системах. Т.е. (по Купцову) в 20 веке было 3 главных революционизирующих направления, но они были разного статуса.

Теория относительности. Частная теория относительности была создана Эйнштейном в 1905 году. Всерьез начали обсуждать работу Эйнштейна после 1908 года, после того как Миньковский опубликовал свою работу, в которой дал геометрическую трактовку теории относительности.

Эйнштейн обратил внимание на то, что электромагнитные волны не нуждаются ни в какой среде, они сами себя порождают, поэтому не нужен никакой эфир. У него 2 постулата – есть принцип относительности, который универсально действует по отношению к любым законам. Преобразования Галилея не были инвариантны по отношению к законам электродинамики, поэтому нужен был эфир. Эйнштейн говорит, что не нужен эфир, а универсальными преобразованиями должны быть преобразования Лоренца. Тогда становятся не инвариантными законы механики. Но поскольку при малых скоростях преобразования Лоренца переходят в преобразования Галилея, механика Ньютона становится не точной, с точностью до соотношения скоростей. Вторая компонента теории относительности. Преобразования Лоренца были открыты в 1904 году. Но обсуждались и раньше. Есть эфир, в эфире перемещается электромагнитная волна. Любой предмет будет испытывать сопротивление этого эфира и это сопротивление сжимает длину предмета, соотношения Лоренца были направлены на то, чтобы рассчитать это сжатие. Т.е. фактически весь аппарат теории относительности в этом смысле был создан, но Лоренц в течение всей жизни верил в эфир, Лоренц объяснял релятивистские эффекты, как результат динамических усилий, т.е. есть силы в эфире, которые сжимают предмет. Эйнштейн говорил, что эфира нет и эти эффекты не динамические, а кинематические. Т.е. длина одновременно разная в разных системах. Эйнштейн показывает относительность длины, а у Лоренца среда реально сжимает предметы. Очень революционная позиция. Люди представляли, что есть относительность, но никто не знал, что есть относительность у длины, времени и массы. Особенно ясно это будет выражено у Миньковского – любое событие, описывается 4 координатами, расстояние между 2 событиями – сумма квадратов этих координат, и эта величина абсолютна, а дальше, по отношению к какой системе вы рассматриваете события, у вас будет разные пространственные и временные проекции. У подавляющего числа физиков теория относительности стала неотъемлемой частью восприятия мира (Лоренц – исключение).

Фактически Эйнштейн в частной теории относительности доводит до логического конца классический стиль мышления. Он не вырывается за пределы классической физики. Он просто ликвидирует противоречия классической физики.

Общая теория относительности, 1916 год. Но она была колоссально сложной. В 1919 году Эдинктон организовал экспедицию, и она смогла изучить прохождение луча света близ Солнца, и удалось получить экспериментальное доказательство правильности общей теории относительности. Леверье рассчитал траекторию Меркурия, и показал, что если ее объяснять с позиции классической механики, то разница в 43 секунды в изменении перигелия Меркурия за 100 лет не объяснима, и впервые она была объяснена с позиции теории относительности. Общая теория относительности была уникальна. Специальная теория относительности не была уникальной, если бы ее не написал Эйнштейн, ее бы, несомненно, написали другие – например, Пуанкаре, релятивистские эффекты все были зафиксированы еще Фицджеральдом, Лармором, Лоренцем, а вот до идей общей теории относительности никто не доходил.

Общая теория относительности утверждала, что должен быть общий принцип относительности, что можно построить законы, инвариантные по отношению к любым системам отсчета, в том числе движущимся с ускорением, а не только по отношению к равномерно и прямолинейно движущимся системам. Чтобы воплотить ее в жизнь, надо было простроить новую теории тяготения, в теории Ньютона тяготение передавалась с мгновенной скоростью, на любые расстояния.

После открытия электродинамики, следующий классический шаг был рассматривать и тяготение, как передающееся со скоростью света, скорость. И таким образом и общая теория относительности, несмотря на всю ее революционность становиться частью классической физики.

Все релятивистские эффекты теперь зависят от тяготения, на этой основе сокращаются длины, в зависимости от тяготения, замедляется время. Появляется возможность создать модель Вселенной. Она создается Эйнштейном в конце 10 годов. Но он говорит о стационарной Вселенной, с позиций общей теории тяготения, она может быть охарактеризована, как определенное пространственно временное многообразие. Фридман показывает, что уравнение Эйнштейна приводит к нестационарной Вселенной, Эйнштейн сначала отверг это, но затем признал. Так начинается модель нестационарной Вселенной. (Ряд современных космологов считает, что это одна из самых выдающихся идей, когда-либо высказанных в истории науки).

Квантовая механика.

Идея, что все состоит из атомов, была высказана еще Древними Греками - Демокрит. Дальше эта идея поддерживалась только философами. Впервые она стала обсуждаться учеными только в 18 веке – Бойль, Бернулли, Эйлер. Но она не имела никаких последствий, т.к. это были только качественные соображения. А в 19 веке в химию входит атом. Первое эмпирическое исследование атомов: в 1896 году открытие радиоактивности, в 1897 Томсон открывает электрон. И, наконец, в 1900 году Планк открывает квантовый характер излучения.

Томсон пытается построить модель атома, неудачную, а первую значимую для науки модель построил Резерфорд 1911 году, он в это время открыл ядро атома. Электрон движется вокруг ядра, но это противоречило электродинамике, т.к. электрон должен был бы терять энергию. В 1913 году Бор строит другую модель, Бор говорит, почему в микромире должна быть та же электродинамика?, электроны движутся по орбитам, но ничего не излучают, а излучают только при переходе на другую – это была первая квантовая модель. В 1919 году Резерфорд открывает протон. 1932 году будет предсказан нейтрон Гейзенбергом, затем он будет открыт, и возникнет современная модель атома.

Т.е. все в мире состоит их атомов, а атом состоит из 3 частиц, следовательно, все в мире состоит из 3 частиц. Но дальше открывают позитрон, мюзоны. Был построен синхрофазотрон, и элементарные частицы стали открываться каждую неделю. К 60 годам стало известно свыше 300 частиц. В 64 году делается систематизация частиц – лептоны (12 штук), и все остальные - адроны. Все адроны состоят из кварков (12 штук). Кварки никто никогда не видел, и не увидят, т.к. кварки не могут существовать в изолированном виде. Все элементарные объекты тождественны друг другу. Все элементарные объекты делятся на частицы и античастицы. Частицы взаимопревращаемы. В 25-28 годах строится квантовая механика. Гейзенберг - матричная, Шредингер - волновая. Фиксируются еще 4 важнейших свойства. Де Бройль – корпускулярно-волновой дуализм. Планк, Эйнштейн (фотон – квант света) – все микропроцессы квантованы. Гейзенберг – принцип неопределенности. Борн - свойство вероятностности микромира. Все микрочастицы не имеют аналогов в макроскопическом мире, и особое место занимает вероятностный характер микропроцессов.

Теория вероятности в классике всегда не полна, нас не интересуют отдельные молекулы, а средние величины. Но за этой вероятностью предполагается жесткий детерминизм (бог знает все об отдельных частицах). В квантовой механики два абсолютно одинаковых нейтрона, только один распадается, другой нет. Есть только вероятность, и за ней нет никакого детерминизма. Мы не только не модем предсказать, куда попадет электрон. И Бог тоже этого не знает. Образ Бога: в средние века – абсолютный монарх, механика – функция Бога – часовщик, он создал мир и дал законы, сегодня – Бог ведет себя вероятностно.

Впервые эту идею выдвинул Борн (копенгагенская интерпретация). Согласно ней вероятностная интерпретация – полная интерпретация. В 30 годы Нойман докажет полноту квантовой механики, о том, что нельзя ввести скрытые параметры. На протяжении всей истории создания квантовой механики будет сильнейшая оппозиция копенгагенской интерпретации - Эйнштейн, Лоренц, Планк, де Бройль, Шредингер. Которые будут утверждать, что квантовая механика не полна, что должны быть скрытые параметры, и что надо строить теорию микромира так, чтобы давать полное описание этой реальности. И возникла проблема, что такое реальность в микромире. Критики копенгагенской интерпретации продолжали классический стиль мышления. В классической физике реальность противостоит субъекту, и мы познаем независимо ее от субъекта, и чем меньше мы в нее вмешиваемся, тем более адекватно постигаем. В рамках копенгагенской интерпретации, которая развивалась Борном, Гейзенбергом, Паули. Согласно этим представлениям мы, сталкиваясь с объектом микромира, помещаем его в макроскопическую ситуацию и тем самым меняем его состояние, и таким образом мы можем знать о микромире только то, что соответствует той приборной ситуации, в которой мы фиксируем это свойство. Отсюда невозможно, т.к. приборы делятся на те, которые могут фиксировать волновые свойства, и те, которые могут фиксировать свойства частиц, одновременно измерить и то и другое сколь угодно точно. Эта трактовка оказалась эффективна. И сейчас господствует копенгагенская интерпретация.

В нашем мировоззрении в связи с квантовой механикой возникает зыбкая почва в понимании мира, т.к. хотелось бы понимать сам мир, а не то каков он образе макроскопических приборов. Это не меняет трактовки квантовой механики как объективной теории. Они прояснили, что в такой интерпретации нет субъективизма, мы просто имеем макроскопические проявления микромира в определенном типе приборов. Классические обсуждения парадокса Эйнштейна-Подольского-Розана в 35 году. 2 частицы разлетелись после столкновения, мы мерим импульс одной и одновременно определяем импульс другой, вопрос как может повлиять на состояние другой частицы то, что мы промеряли одну из них. Копенгагенская интерпретация говорит о том, что нет передачи энергии (Пример: принц мгновенно становиться королем за много километров от места, где умер король). Никаких внутренних параметров не удается ввести, квантовая механика описывает макроскопические проявления микропроцессов.