Философские основания физики
Скачать 0.95 Mb.
|
| слабыми взаимодействиями человечество встретилось совершенно неожиданно при радиоактивном распаде солей урана (А.Беккерель, 1896 г.). Первую квантово-полевую теорию бета-распада создал Э.Ферми (1933 г.). Его необычная теория четырехфермионного взаимодействия подверглась проверке на сохранение и нарушение С-, Р- и Т-симметрий и их комбинаций. Лишь создание стандартной теории слабых взаимодействий, основанной на законе сохранения лептонного числа, подготовило поиск теории с промежуточными векторными бозонами. Свое логическое завершение этот процесс получил в конце 60-х годов построением теории электрослабого взаимодействия, главный вклад в развитие которой внесли Ш.Глэшоу, С.Вайнберг, А.Салам (1967-1968 гг.). Истоки представлений о сильных взаимодействиях связаны с изучением альфа-частиц, опыты с которыми в начале ХХ века привели Э.Резерфорда к открытию ядра атома (1911 г.), что положило начало изучению ядерных сил. Открытие нейтрона в 1932 г. сопровождалось развитием теоретической модели об обменном характере ядерной связи между нуклонами (Х.Юкава, 1935); открытие многих других сильновзаимодействующих частиц (адронов) привело к гипотезе кварков (М.Гелл-Манн и Дж.Цвейг, 1964 г.). Изучение кварковой структуры адронов и квантовых характеристик самих кварков привело к представлениям о глюонах и “цвете”. Современная квантово-полевая теория цветных кварков и глюонов получила название квантовая хромодинамика. В основе представлений современной физической картины мира о моделях физических взаимодействий лежит идея квантованных полей, включающих в себя как сами взаимодействующие объекты (например, электроны и позитроны как кванты электронно-позитронного поля), так и переносчики взаимодействий (фотоны как кванты электромагнитного поля). Основное исходное состояние квантованных полей - физический вакуум, который сам постоянно взаимодействует с собственными возбужденными состояниями посредством рождения и поглощения виртуальных квантов полей, энергия и время существования которых взаимно сопряжены соотношением неопределенностей Гейзенберга. Выше уже отмечалось, что около трети века тому назад была построена единая теория электромагнитных и слабых взаимодействий. Конечно, в этой теории нет буквального сведения одних взаимодействий к другим, а вскрывается то общее, что свойственно взаимодействиям того и другого типа. Если раньше проявления этих взаимодействий казались настолько непохожими друг на друга, что они описывались разными теориями, то теперь удалось построить их общую теоретическую модель, которая объясняет сущностные истоки обоих типов взаимодействий. Успехи, связанные с развитием единой теории электрослабых взаимодействий, настраивают теоретиков на дальнейшие объединения. Уже сегодня существуют теоретические модели “великого объединения” (Grand Unification), связавшие в единое целое электрослабые и сильные взаимодействия. В их основе “лежит гипотеза о том, что при сверхвысоких энергиях природа отличается высокой степенью симметрии (при которой практически исчезает разница между различными типами частиц). В этой области энергий частицы связаны, по предположению, единым взаимодействием. При меньших энергиях степень симметрии в организации материи понижается, а единое взаимодействие “разделяется” на три “ветви”: сильное, слабое и электромагнитное, которые проявляют разные свойства” (Белокуров В.В., Ширков Д.В. Теория взаимодействий частиц. М., 1986. С.133). Ещё более диковинной представляется область физики, исследующая возможности объединения всех видов взаимодействий (в том числе гравитационных), которую можно назвать “величайшим объединением” (Super Unification). Первым вопросом возникающим из сказанного является следующий: в каком смысле фундаментальны так называемые фундаментальные типы физических взаимодействий? Во-первых, следует подчеркнуть, что существование фундаментальных взаимодействий должно проявляться на уровне наиболее элементарных на сегодняшний день (и уже тем самым наиболее фундаментальных) объектов, существующих в объективном мире. Ныне такими истинно элементарными представляются кварки, лептоны, векторные бозоны, фотоны, глюоны и гипотетические гравитоны, взаимодействия между которыми осуществляются посредством четырех типов сил. Это - электромагнитные, слабые, сильные и гравитационные силы. Собственно говоря, эти силы, или взаимодействия, являются фундаментальными постольку, поскольку одни из них нельзя непосредственно математически вывести и физически объяснить из других видов взаимодействий. Во-вторых, характерной чертой, свидетельствующей о самостоятельном существовании фундаментальных взаимодействий, является наличие качественно отличных зарядов - гравитационный заряд (масса), электрический заряд и так называемые слабый и сильный (барионный или цветовой) ядерные заряды. В несводимости этих зарядов одного к другому проявляется качественная специфика фундаментальных взаимодействий. Согласно традиционным полевым представлениям, заряды той или иной природы порождают соответствующие им поля. Квантами этих полей являются фотоны, вионы (векторные бозоны), глюоны и гравитоны. В-третьих, сами типы фундаментальных взаимодействий принципиально различаются по величине так называемой константы связи. Вообще говоря, безразмерные константы связи проявляют свою изменчивость в зависимости от энергетических и. следовательно, пространственно-временных параметров. Их относительная величина (интенсивность) при так называемых стандартных условиях (при энергиях 1ГэВ) может быть представлена соответственно для сильных, электромагнитных, слабых и гравитационных взаимодействий так: S ~ 10; E-M ~ 10-2; W ~ 10-6; G ~ 10-39. Однако уже при расстояниях 10-17 см эффективные константы связи трех взаимодействий сушественно сближаются: S ~ 1/10; W~ 1/27; E-M ~ 1/129. В этом направлении и лежит поиск объединительных теорий, сначала теоретической модели “великого объединения”, а в конечном счете - суперобъединения. В теоретической модели “великого объединения” предполагается возможность слияния констант связи электрослабого и сильного взаимодействий при сверхвысоких энергиях, абсолютно недостижимых ни в земных ускорителях будущего, ни в космических лучах; соответствующая константа связи GU ~ 1/40 , что проявляется при энергиях 1015 ГэВ (10-29 см) и больше. Модели суперобъединения непосредственно связаны с проблемами космологии и космогонии, т.е. с возрастом и другими параметрами Вселенной. Суперобъединение подразумевает унификацию всех фундаментальных сил природы. Появились различные “сценарии” (модели) жизни Вселенной, стремящиеся теоретически выявить связь между элементарными частицами, вакуумом и гравитацией. Все эти модели основываются на многомерной интерпретации взаимодействий. При этом в полной мере справедливы рассуждения Я.Б.Зельдовича и Л.П.Грищука: “В настоящее время широко распространено мнение, что в близком будущем возникнет некая “всеобщая теория”, “theory of everything”, кратко ТОЕ , как её называют в англоязычной литературе. Эта теория объединит тяготение с другими силами природы - электромагнетизмом, слабым взаимодействием и хромодинамикой (теорией кварков, глюонов и ядерных сил). Более того, общее мнение состоит в том, что ТОЕ предскажет новые частицы и поля, до сих пор не обнаруженные в лабораторных опытах. Эти частицы и поля могут играть существенную роль в космологии. Далее, ряд авторов полагают, что в основе ТОЕ лежит пространство более чем четырех измерений (например. Д = 10, 11 или 26?), из которых “выживают” как время и пространство только 4” (Зельдович Я.Б., Грищук Л.П. Общая теория относительности верна! // Успехи физических наук. 1988. Т.155. Вып. 3. С.250). Как видно, в этом направлении сделаны лишь самые первые шаги, и пока реалистическая модель супервзаимодействия не создана. В рамках инфляционной космологии обсуждается модель хаотического раздувания. Согласно последней, глобальная геометрия нашего мира принципиально отличается от геометрии мира Фридмана. Вселенная как бы состоит из отдельных фридмановских мини-вселенных с разными свойствами, и жизнь земного типа может возникнуть лишь в части мини-вселенных, условия в которых достаточно благоприятны для этого (антропный принцип). В некоторых из этих мини-вселенных размерность пространства-времени может быть отлична от четырех, а вместо слабых, электромагнитных и сильных взаимодействий могут, вообще говоря, существовать взаимодействия совершенно других типов с другими константами связи. Ныне единство физического знания находит своё выражение в конкретном многообразии научных теорий, в единстве концептуально-понятийных структур физики, их методологических оснований, принципиальном единстве физической картины мира, стилей мышления, исследовательских программ, математического формализма. Существенные аспекты единства физического знания реализуются через принципы соответствия, преемственности, детерминизма, системности, целостности, единства мира, всеобщей взаимосвязи и развития, самоорганизации и структурности, проявляются в диалектике конкретного и абстрактного, объективного и субъективного, абсолютного и относительного, исторического и логического, симметрии и асимметрии, линейности и нелинейности. Идея единства научного знания существует в тех или иных конкретных формах в рамках накопленной совокупности знаний. При этом наиболее приемлемой интерпретацией термина “единство” является общность, системность, взаимообусловленность. Думается, что характеристики системности и взаимообусловленности физического знания выступают наиболее адекватными современному этапу развития физики. При рассмотрении проблемы единства физики в аспекте теоретического знания прежде всего бросается в глаза то, что физика как единая наука характеризуется многообразием фундаментальных теорий. При этом, несмотря на разветвленность теорий, единство физики существует и имеет различные проявления, в том числе в виде определенных методологических регулятивных принципов, в плане единства методов или единства фундаментальных физических констант и взаимодействий. Подводя итоги обсуждению вопроса о характере единства физики на основе выявления диалектики единства и многообразия фундаментальных взаимодействий, необходимо отметить следующее. Развитие представлений о взаимодействии выражает теоретические стремления выявить связь между микро-, макро- и мегамиром. Видимо, на этом пути будут найдены плодотворные результаты, которые скажутся при обосновании тенденции, ведущей к единству современного физического знания. Концепция супервзаимодействия по-новому ставит вопрос о фундаментальности так называемых фундаментальных типов взаимодействий. Ещё недавно электромагнитные, слабые, сильные и гравитационные взаимодействия считались чуть ли не абсолютно фундаментальными потому, что каждый из этих типов нельзя ни объяснить, ни вывести из существования других видов взаимодействий. Типы фундаментальных взаимодействий различаются по величине константы связи. Однако нет абсолютной неизменности констант связи, а так называемые эффективные константы связи изменяются в зависимости от энергетических параметров. При сверхвысоких энергиях (в масштабе планковских параметров - 1019 ГэВ) теоретически установлена тенденция к слиянию констант связи, что приводит к представлению об унификации всех фундаментальных сил природы. Согласно концепции супервзаимодействия, само оно (супервзаимодействие) есть не номинальный, а реальный динамический процесс самоорганизации материи, начавшийся с Большого взрыва. Это позволяет на основе теоретической экстраполяции моделировать сам механизм “расщепления” супервзаимодействия на “дочерние ветви”, рассматривать дальнейшую дивергенцию фундаментальных взаимодействий и обсуждать различные “сценарии” эволюции Вселенной. Одновременно процесс самоорганизации и усложнения мира задает направленность космологической “стрелы времени”, которая связана с необратимостью последовательных переходов от одних бифуркаций к другим. Основываясь на таком понимании “теории Всего” физика должна вскрыть внутреннюю связь между элементарными частицами, вакуумом и всей Вселенной. ЛИТЕРАТУРА
40. Казютинский В.В., Балашов Ю.В. Антропный принцип: история и современность // Природа. 1989, №1. 41. Карнап Р. Философские основания физики. Введение в философию науки. М.:Прогресс, 1971. 42. Киносьян В.А. Философские проблемы физики гравитации. Казань: Изд-во КГУ, 1982. |
Похожие:
 | Философские проблемы пространства и времени в квантовой физике и теории относительности | | В первой части книги М. Монтессори излагает основные принципы своей педагогической системы, философские, психологические и педагогические... |
| Предмет физики. Методы физического исследования. Структура курса физики. Основные единицы си | | Данные методические указания написаны в соответствии с программой курса физики для технических специальностей в вузах. Пособие содержит... |
| Предмет, задачи и метод физики. Единицы физических величин. Связь физики с другими науками | | Р69 Лекции по уравнениям математической физики. Уравнения колебаний и диффузии: Учеб пособие. Омск: Изд-во Омгту, 2004. 102 с |
| О. В. Горева, кандидат физико-математических наук, доцент кафедры физики; Т. А. Колесникова, кандидат физико-математических наук,... | | Дана правильная треугольная призма abca1B1C1, сторона основания которой равна 2, диагональ боковой грани. Найти угол между плоскостью... |
| Методические указания предназначены для студентов первого и второго курсов, изучающих основы классической феноменологической термодинамики... | | Учебное пособие предназначено для студентов, специализирующихся в области магнетизма и физики твердого тела, а также радиофизики... |