Физика и философия
Шрифт:
В философии Демокрита атомы являются вечными и неразложимыми единицами материи: они не могут превращаться друг в друга. Современная физика выступает против положения Демокрита и встаёт на сторону Платона и пифагорейцев. Элементарные частицы не являются вечными и неразложимыми единицами материи, фактически они могут превращаться друг в друга. При столкновении двух элементарных частиц, происходящем при большой скорости, образуется много новых элементарных частиц; возникая из энергии движения, столкнувшиеся частицы могут при этом исчезнуть. Такие процессы наблюдаются часто и являются лучшим доказательством того, что все частицы состоят из одинаковой субстанции — из энергии. Но сходство воззрений современной физики с воззрениями Платона и пифагорейцев простирается ещё дальше. Элементарные частицы, о которых говорится в диалоге Платона «Тимей», ведь это в конце концов не материя, а математические формы. «Все вещи суть числа» — положение, приписываемое Пифагору. Единственными математическими формами, известными в то время, являлись геометрические и стереометрические формы, подобные правильным телам и треугольникам, из которых образована их поверхность. В современной квантовой теории едва ли можно сомневаться в том, что
В последующие годы развитие физики пришло к такому состоянию, что физики стали стремиться сформулировать основной закон для материи. Экспериментальная физика собрала большой материал о свойствах элементарных частиц и их превращений. Теоретическая физика может попытаться, исходя из этого материала, вывести основной закон для материи. Ещё раньше был предложен простой вид этого уравнения материи. Хотя лишь в будущем выяснится, насколько верно это уравнение, всё же эта первая попытка показывает такие черты физики и философии, которые с большой вероятностью могут быть установлены из изучения элементарных частиц, что по крайней мере качественно эта попытка здесь должна быть описана.
В проблеме основного уравнения речь идёт о нелинейном волновом уравнении для операторов поля. Это уравнение рассматривается как математическое представление всей материи, а не какого-либо определённого вида элементарных частиц или полей. Это волновое уравнение математически эквивалентно сложной системе интегральных уравнений, которые, как говорят математики, обладают собственными значениями и собственными решениями. Собственные решения представляют элементарные частицы. Следовательно, они суть математические формы, которые заменяют правильные тела пифагорейцев. Между прочим, здесь следует вспомнить, что собственные решения основного уравнения получаются посредством математической процедуры, с помощью которой из дифференциального уравнения натянутой струны выводятся гармонические колебания струны пифагорейцев.
Математическая симметрия, играющая центральную роль в правильных телах платоновской философии, составляет ядро основного уравнения. Уравнение — только математическое представление всего ряда свойств симметрии, которые, конечно, не так наглядны, как платоновские тела. В современной физике речь идёт о свойствах симметрии, которые соотносятся с пространством и временем и находят своё математическое выражение в теоретико-групповой структуре основного уравнения. Важнейшая группа — так называемая группа Лоренца в теории относительности — определяет структуру пространства и времени. Кроме того, имеются и другие группы, найденные только в последнее время и связанные с различными квантовыми числами элементарных частиц.
Хотя само основное уравнение имеет очень простую форму, оно содержит большое количество различных свойств симметрии, и, по-видимому, богатый экспериментальный материал о превращении элементарных частиц точно соответствует этим свойствам симметрии.
Следовательно, современная физика идёт вперёд по тому же пути, по которому шли Платон и пифагорейцы. Это развитие физики выглядит так, словно в конце его будет установлена очень простая формулировка закона природы, такая простая, какой её надеялся видеть ещё Платон. Трудно указать какое-нибудь прочное основание для этой надежды на простоту, помимо того факта, что до сих пор основные уравнения физики записывались простыми математическими формулами. Подобный факт согласуется с религией пифагорейцев, и многие физики в этом отношении разделяют их веру, однако до сих пор ещё никто не дал действительно убедительного доказательства, что это должно быть именно так.
Можно привести соображение, касающееся вопроса, часто задаваемого дилетантами относительно понятия элементарной частицы в современной физике. Почему физики говорят о том, что элементарные частицы не могут быть разложены на меньшие частицы. Ответ на этот вопрос отчётливо показывает, насколько современное естествознание абстрактнее греческой философии. Наше соображение на этот счёт примерно такое: как можно разложить элементарные частицы? Единственные средства эксперимента, имеющиеся в нашем распоряжении, — это другие элементарные частицы. Поэтому столкновения двух элементарных частиц, обладающих чрезвычайно большой энергией движения, являются единственными процессами, в которых такие частицы, пожалуй, могут быть разложимы. Они распадаются при таких процессах иногда даже на много различных частей. Однако сами составные части снова элементарные частицы, а не какие-нибудь маленькие части их, и их массы образуются из энергии движения столкнувшихся частиц. Другими словами: благодаря превращению энергии в материю составные части элементарных частиц — снова элементарные частицы того же вида.
После такого сравнения современных представлений атомной физики с греческой философией мы обязаны высказать предостережение, которое исключало бы возникновение непонимания. С первого взгляда всё это может выглядеть так, как будто греческие философы благодаря гениальной интуиции пришли к таким же или по крайней мере к очень сходным результатам, к которым мы продвинулись в новое время после нескольких веков труднейшей работы в области эксперимента и математики. Но такое толкование нашего сравнения несло бы в себе опасность грубого непонимания. Существует очень большое различие между современным естествознанием и греческой философией, и одно из важнейших состоит именно в эмпирическом основании современного естествознания. Со времён Галилея и Ньютона естествознание основывается на тщательном изучении отдельных процессов природы и на требовании, согласно которому о природе можно делать только высказывания, подтверждённые экспериментами. Мысль, что посредством эксперимента можно выделить процессы природы, чтобы изучить их детально и при этом вскрыть неизменные законы, содержащиеся в постоянном изменении, не возникала у греческих философов. Поэтому современное естествознание покоится на более скромном и более прочном фундаменте, чем античная философия. Если, например, Платон, говорил, что наименьшие частицы огня суть тетраэдры, то нелегко предположить, что он в действительности думал. Символически ли форма тетраэдра принадлежит элементу огня или наименьшие частицы огня ведут себя механически как жёсткие или упругие тетраэдры, и посредством какой силы они могут быть разложены на треугольники, о которых писал Платон? Современное естествознание должно бы, наконец, спросить: как можно экспериментально решить, что атомы огня суть тетраэдры и не могут быть чем-либо иным, например кубами. Поэтому если современная теория поля утверждает, что протон представляется посредством некоторого определённого собственного решения основного уравнения материи, то это означает, что из данного решения математически выводятся все возможные свойства протона и что правильность решения может быть доказана в каждом отдельном случае посредством эксперимента. Возможность экспериментально доказать справедливость высказывания с очень большой точностью придаёт высказываниям современной физики больший вес, чем тот, которым обладали высказывания античной натурфилософии.
И всё-таки некоторые высказывания античной философии удивительно близки высказываниям современного естествознания. А это показывает, как можно далеко пойти, если связать наш обычный опыт, не подкреплённый экспериментом, с неустанным усилием создать логический порядок в опыте и попытаться, исходя из общих принципов, понять его.
V. РАЗВИТИЕ ФИЛОСОФСКИХ ИДЕЙ ПОСЛЕ ДЕКАРТА В СРАВНЕНИИ С СОВРЕМЕННЫМ ПОЛОЖЕНИЕМ В КВАНТОВОЙ ТЕОРИИ
В течение двух тысяч лет, последовавших за расцветом греческой науки и культуры V–VI веков до н. э., человеческая мысль была занята прежде всего проблемами, сильно отличавшимися от проблем прежней греческой натурфилософии. В те далёкие времена греческой культуры сильнейшее влияние оказывала непосредственная реальность мира, в котором мы живём и который мы воспринимаем нашими органами чувств. Этот мир полон жизни, и нет никакой разумной основы для подчёркивания различия между материей и духом или между телом и душой. Однако уже в философии Платона было установлено, что существует некоторая другая реальность. В известной поэтической картине Платон сравнил людей с узниками, закованными в пещере, которые могут смотреть только в одном направлении. За ними горит огонь, и они видят на стене только тени своих собственных тел и объектов, находящихся сзади них. Так как эти узники ничего не могут видеть, кроме теней, то тени они принимают за действительность, а объекты вообще выпадают из их поля зрения. Наконец одному из узников удалось бежать, и он вышел из пещеры на солнечный свет. Впервые он увидел реальные вещи и узнал, что до сих пор он за реальность принимал только тени. Впервые он узнал правду и с печалью подумал о своей долгой жизни в темноте. Настоящий философ и есть тот узник, который вышел из пещеры на свет истины, и он обладает действительным знанием. Непосредственная связь с истиной, или, говоря христианским языком, с богом, есть новая реальность, имеющая большее значение, чем реальность мира, воспринимаемого нашими органами чувств. Непосредственная связь с богом совершается не в мире, а в душе человека, и эта проблема в течение двух тысяч лет после Платона занимала человеческую мысль сильнее любой другой. В этот период внимание философов было направлено на человеческую душу и на её отношение к богу, на проблемы этики и на толкование откровения, а отнюдь не на внешний мир. Только начиная с Возрождения в Италии стал заметен постепенный поворот человеческого мышления, который наконец и привёл к оживлению интереса к природе.
В XVI и XVII веках началось замечательное развитие естествознания, и оно сопровождалось развитием философских идей, тесно связанных с фундаментальными понятиями науки. Поэтому было бы весьма поучительно прокомментировать эти идеи с современной точки зрения.
Первым великим философом эпохи начала развития естествознания был Рене Декарт, который жил в первой половине XVII века. Важнейшие для естествознания мысли Декарта содержались в его главном труде «Рассуждение о методе…». Он стремился на базе сомнения и логического мышления создать совершенно новую и, как ему казалось, прочную основу для философской системы. Однако он не рассматривал откровение в качестве такой основы и нисколько не был склонен некритически перенимать всё, что мы воспринимаем нашими чувствами. Так Декарт подошёл к своему методу сомнения. Он сомневался в том, что сообщают нам наши чувства, он сомневался в результатах нашего рационального мышления и в конце концов пришёл к своему известному положению: «Cogito, ergo sum» (Я мыслю, следовательно, я существую (лат.)). Я не могу сомневаться в своём существовании, ибо оно следует из самого факта, что я мыслю. После того как Декарт пришёл таким путём к доказательству существования я, он направил свои усилия на доказательство существования бога, опираясь главным образом на схоластическую философию. Существование мира вытекало из того, что бог вложил в нас сильную склонность верить в существование мира, а предположить, что бог вводил нас в заблуждение, конечно, нельзя.
Исходный пункт картезианской философии полностью отличался от исходного пункта античной греческой философии. Философия Декарта исходила не из основного начала или основного вещества, а пыталась создать основополагающее, достоверное знание. Декарт сознавал, что наше знание о нашем собственном мышлении достовернее нашего знания о внешнем мире. Но уже сама исходная позиция с её треугольником: бог, мир и я рискованно упрощает дальнейшие рассуждения. Стал теперь окончательным начавшийся с философии Платона разрыв между материей и духом или между душой и телом. Бог отделен от я так же, как и от мира. Фактически бог так высоко поднялся над миром и людьми, что в философии Декарта он появляется в конце концов только как общее исходное начало, которое осуществляет связь между я и миром.