Научная электронная библиотека

Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

Структура материи в концепции теоретической и экспериментальной научной философии: монография

Век В. В.,

§ 5.1. Гипотеза о принципиальной возможности создания наглядных моделей элементарных частиц (Hypothesis of basic possibility to create demonstrative models of elemtary particles)

В данном параграфе

1) сделаем аргументацию необходимости введения гипотезы о принципиальной возможности создания наглядных моделей элементарных частиц;

2) раскроем сущность данной гипотезы.

1°. Необходимость введения гипотезы о принципиальной возможности создания наглядных моделей элементарных частиц

Создание наглядных моделей чего-либо является важнейшей функцией воображения в процессе научного познания. Без построения наглядных моделей процесс познания значительно затрудняется, а иногда становится невозможным.

Противоречивая природа элементарных частиц (например, их корпускулярно-волновые свойства) поставила перед исследователями проблему их наглядного моделирования. Квантовая механика XX века видела выход в том, чтобы отказаться от принципа наглядности. Однако принцип наглядности остается необходимым в познании. Наглядная (воображаемая) модель является средством соотнесения логического знания с объектом. В современной физике значительно увеличилась доля математических средств, особенно при исследовании квантово-механических явлений. Поскольку объект предстает здесь в форме математических уравнений и возможности его наблюдения сильно ограничены, порождается тенденция к отрицанию объективной реальности микроявлений. Наглядная модель и выступает как заместитель реального объекта, и служит средством сопоставления математических формул с объективной действительностью. Таким образом, известные сегодня модели кварков, суперструн и преонов, так или иначе, являются своеобразными наглядными моделями элементарных частиц. Менее известными и признанными наглядными моделями элементарных частиц являются эфиродинамическая теория В.А. Ацюковского, солитонная теория О.Г. Верина[254], Ф. Германа[255] и др.

В современной научной (марксистской) философии существует убеждение, что наше сознание мыслит макроскопически, а, следовательно, наглядно представить микрообъекты нельзя. При этом выпускается из виду то, что сознание работает на принципах микроматерии и чтобы понять, как оно работает все равно нужно строить наглядные модели элементарных частиц. Отказ от поисков наглядных моделей элементарных частиц является тупиком для науки.

О необходимости введения гипотезы о принципиальной возможности создания наглядных моделей элементарных частиц мы уже упоминали в работе. Данная необходимость связана в первую очередь с кризисом в современной фундаментальной физики, о чем мы говорили в § 3.1. На наш взгляд, одной из причин данного кризиса является отказ от наглядности для описания квантово-механических явлений. С одной стороны, данный отказ является вынужденным и продиктован рядом факторов (например, множественностью и микроскопичностью объектов микромира, отсутствием на данный момент приборов, способных вести наблюдения за данными объектами и т.п.). С другой стороны, подобный отказ способствует появлению в огромных количествах исключительно математических моделей, ничего не дающих для прояснения структуры материи. Это касается, например, таких теорий, как квантовая хромодинамика, квантовая гравитация, суперструн, преонов и др.

Таким образом, отбрасывая принцип наглядности и любые возможности конкретных представлений мира элементарных частиц, физики тем самым, того не желая, поставили крест на развитии фундаментальной науки. Так в настоящий момент только известных альтернативных теорий гравитаций насчитывается около 40, при этом ежегодно в мире появляются все новые и новые теории гравитации в равной степени, претендующие на истинность своих постулатов. Большинство из этих теорий (релятивистские, квантовые, многомерные, струнные и прочие, пытающиеся выстроить единую теорию поля) не раскрывают сущность гравитации на наглядном уровне. Вместо этого они переполнены математическими абстракциями, сложными алгебраическими и геометрическими конструкциями, абсолютно ничего не дающими для понимания структуры материи.

Подобное положение вещей заводит фундаментальную науку в конфузное состояние. Если ранее классически считалось, что «фундаментальная наука накапливает свое знание быстрее, чем прикладная превращает его в практически знание»[256], то современные реалии говорят об обратном. Так некоторые технические достижение во многом опередили и продолжают опережать в настоящее время их теоретическое осмысление и научное объяснение. До сих пор остаются спорными вопросы, касающиеся сущности электрического заряда, абсолютно необъяснимым и загадочным остается явление квантовой нелокальности, не выяснены многие вопросы, касающиеся принципа самосборки наноструктур (например, неизвестно, что конкретно происходит в наноструктурах на уровне элементарных частиц).

Отсутствие наглядных представлений о микромире (хотя бы на уровне научных гипотез) должно с неизбежностью порождать создание искаженных картин мира. В первую очередь это касается физической картины мира и таких абстрактных понятий как Большой взрыв, состояние космологической сингулярности, расширение Вселенной и других. Во вторую очередь, это касается и всех других фундаментальных наук, поскольку физическая наука является для них своеобразной базой. Аргументацию данного утверждения мы приводили в § 1.1.3°.

На наш взгляд, происходящий сейчас тотальный кризис в фундаментальной науке, на первом этапе может помочь преодолеть научная философия, «работающая на пределе возможностей человеческого мышления»[257] и способная «схватывать» то, что не видят частные науки[258].

2°. Сущность гипотезы о принципиальной возможности создания наглядных моделей элементарных частиц

Выше нами было отмечено, что отказ от наглядности в описании квантово-механических явлений является вынужденным. Он продиктован рядом обстоятельств, с которыми современная наука вынуждена считаться. К тому же не созданы в настоящее время такие приборы, которые бы позволяли заглянуть в мир элементарных частиц не с помощью кванта электромагнитного поля, а, например, с помощью частиц его составляющих.

Однако отсутствие таких приборов ни в коем случае не может говорить о принципиальной невозможности их создать в будущем, и, таким образом, все же заглянуть в мир элементарных частиц и увидеть его на наглядном примере.

В подтверждении вышесказанного хотелось бы напомнить факт из истории философии, когда в 1842 году, основоположник позитивизма и социологии Огюст Конт в качестве примера непознаваемого привёл химический состав Солнца и звёзд. Конт писал: «Мы понимаем, как определить их форму, расстояния до них, их массу и их движения, но мы никогда не сможем ничего узнать об их химическом и минералогическом составе»[259].

В какой-то степени основатели квантовой физики повторили идею Конта о непознаваемости вещей. Так появилась идея о «бесструктурности» электрона, о невозможности одновременно точно измерить его координату и импульс, определить его траекторию движения, и вообще представить электрон в каком-либо виде (согласно квантовым представлениям электрон есть и волна, и частица одновременно).

Как известно, истоки «запрета» на создание наглядных моделей элементарных частиц связаны с фундаментальным принципом всех физических исследований. Этот принцип был введен в физическую науку ее основателем И. Ньютоном. Ньютон решительно отверг популярный в конце XVII века подход Декарта и его последователей-картезианцев, который предписывал при построении научной теории вначале «проницательностью ума» найти «первопричины» исследуемого явления. На практике этот подход часто приводил к выдвижению надуманных гипотез о «субстанциях» и «скрытых свойствах», не поддающихся опытной проверке. Ньютон считал, что в «натуральной философии» (то есть физике) допустимы только такие предположения («принципы»), которые прямо вытекают из надёжных экспериментов, обобщают их результаты; гипотезами же он называл предположения, недостаточно обоснованные опытами. «Всё…, что не выводится из явлений, должно называться гипотезою; гипотезам же метафизическим, физическим, механическим, скрытым свойствам не место в экспериментальной философии»[260].

Подобный подход закрепился в качестве научного метода в естествознании и в дальнейшем уже в XX веке позволил физике совершить научную революцию и в очередной раз перевернуть наши представления о мире.

Большим плюсом ньютоновского подхода явилось то, что физикам удалось без выяснения «первопричин» явлений и их наглядной структуры создать теоретические положения, так или иначе соответствующие эксперименту. Однако эти положения связаны в первую очередь с математической абстракцией, а не с предметно-конкретными, наглядными обоснованиями.

Физические открытия XX века связывались со строгим соответствием теорий экспериментам. Когда же какая-либо новосозданная теория расходилась с экспериментом, то проводились соответствующие корректировки (создавались новые математически модели, теории) и таким образом полученные расчеты подгонялись под результаты экспериментов. Так были созданы (как мы уже отмечали) теории бета-распада, электрослабых взаимодействий, Стандартная Модель элементарных частиц, квантовая электродинамика и другие.

Как известно, многие открытия новых элементарных частиц были «запланированными», для этого строились специальные ускорители (коллайдеры). Например, промежуточные бозоны были открыты на специально построенном для этого ускорителе (так называемом -коллайдере) в 1983 году. В связи с этим их обнаружение физики часто называют запланированным открытием[261]. На открытие частицы Хиггса были направлены значительные усилия физиков. Именно с целью его открытия был запущен 2008 году Большим адронным коллайдером, на котором 4 июля 2012 года бозон Хиггса был обнаружен.

В ходе экспериментов совершенствовалась научно-техническая база, масса открытий нашла свое практическое применение в жизни людей. Как известно, основные достижения современной цивилизации обязаны в первую очередь физике и уже во вторую очередь – другим естественным наукам.

Однако у всего есть предел (даже бесконечность в соответствии с нашей концепцией макро-микробесконечностью мира включает конечное число дискретных величин, где конец одной величины соответствует начало другой). Так и ньютоновской подход в физике также имеет свои пределы. До какого-то предела можно пользоваться абстрактными моделями, описывающими структуру материи, но за этими пределами никакой уже экспериментальной базы не будет хватать, чтобы проверить те или иные гипотезы. Современные физики относят эти пределы к границам планковских масштабов пространства и времени (соответствующих расстояниям меньшим 10–33 см. и времени от 10–43 с в сторону убывания). До этих пределов считается, что структура материи в принципе установлена.

На деле это не совсем так. Как известно, наглядной картины структуры атома, ядра, электронов, фотонов не существует. Мало того, в соответствии с принципом неопределенности и вероятности обнаружении элементарной частицы для электрона невозможно одновременно точно измерить координату и скорость, а также точно определить траекторию его движения. Таким образом, квантовая механика демонстрирует не только отказ от наглядности, но и вообще возможность такой наглядности.

Вместе с тем отказ от наглядности и попыток создать такую наглядность приводит к крайне негативным явлениям. Это касается, прежде всего, того, что рождается огромное количество теорий в равной степени претендующих на истинность своих открытий, касающихся единой теории поля, гравитации, суперструн, преонов и других. Все эти теории перегружены математическим аппаратом и другими абстракциями, абсолютно ничего не дающими для понимания сути вещей. Такое обилие теорий и отсутствие хотя бы приблизительного направления в сторону истины ставит в тупик развитие науки.

По нашему мнению, именно сейчас настал момент (в силу вызревания объективной необходимости) создания наглядных физических моделей о структуре материи. В противном случае ситуация будет напоминать известный агностицизм Канта, который можно образно представить как шарахающегося пьяного мужика с завязанными глазами между деревьями. Он будет стукаться лбом то об одно дерево, то о другое. В принципе он может верно угадать, что ударяется в дерево, но где он находится, понять не сможет. Другим словами за деревьями он не увидит леса.

Сложившаяся современная ситуация в фундаментальных науках напоминает нечто подобное.

Так вытекающие из теории относительности Эйнштейна представления о кривизне пространства, замедлении времени говорят в первую очередь о построении геометрических (математически) абстракций, не имеющих ничего общего с установлением сущности гравитации, причин и механизма замедления времени.

Ранее (в § 3.1.1° при характеристике дефекта массы) мы указывали, что в современной квантовой физике для сильных и слабых взаимодействий исключено классическое понятие сила. Так, для определения единиц масс элементарных частиц применяются не единицы силы, а единицы энергии (электрон-вольты). Установлено, что в элементарных частицах содержится колоссальное количество энергии, и совокупная масса частиц, входящих в состав первоначальной частицы, больше самой этой частицы (дефект массы). Данное обстоятельство позволило сформулировать представление, что в малых частицах содержатся большие частицы, что в корень изменило вообще представления о структуре материи (сформированные еще древнегреческими философами), т.е. по сути дела была исключена возможность бесконечной дискретности материи. Подобные представления, не смотря на всю их кажущуюся абсурдность и противоречие здравому смыслу, стали называться «революционными открытиями» в естествознании.

Вместо простых и наглядных картин, раскрывающих структуру микромира и силы, лежащей в его основе, появляются чисто математические модели масс-энергетических взаимодействий, различные скалярные величины, векторные калибровочные поля, математические симметрии, и прочая алгебраическая и геометрическая абстракция.

Однако, лишившись наглядности в понимании структуры материи, теоретики квантовой физики не отчаивались. Они продолжали (и продолжают в настоящий момент) пытаться постичь структуру материи и сил, лежащих в ее основе. Так родилась идея построения Теории всего, т.е. найти общую основу всех четырех фундаментальных физических взаимодействий и на этом поставить точку в исследовании (иными словами подойти к «концу физики»). Однако «Великого объединения» и «Суперобъединения» выстроить до сих пор не удалось, мало того, если даже какая-либо математическая модель и предложит такое объединение, то никакой инструментальной базой эту модель нельзя будет проверить (если в этих теориях будут предполагаться колоссальные энергии, необходимые для объединения полей).

Таким образом, мы видим, что современная теоретическая физика заходит в тупик, выхода из которого она не видит.

На наш взгляд главной ошибкой многих теоретических построений, касающихся структуры материи, является отказ от признания существования дофизической реальности. По этому поводу, как мы уже отмечали, удачно выразился В.В. Орлов, указав, что «вся теория современной физики строится так, как будто физическое является изначальным и предельным уровнем организации материи, ниже (или – проще) которого ничего нет»[262].

Мы предполагаем, что все физические силы действительно имеют какую-то одну общую основу. В какой-то степени данную основу можно назвать концом физической материи, но за этим концом скрывается начало другой материи.

В слабых и сильных взаимодействиях, несомненно, присутствуют силы, для которых можно определить модуль, направление и точку приложения. Однако здесь нужно понимать, что мы имеем дело с другой материи, которую необходимо измерять иными приборами, основанными не на электромагнитной основе. С момента изобретения данных приборов, регистрирующих субфотонные взаимодействия, возможно, будут точно установлены границы физической (фотонной) и субфизической (субфотонной) материи. Вместе с этим многочисленные квантовые парадоксы найдут свое объяснение, всё обретет свой физический смысл.

На основании изложенного мы выдвигаем гипотезу о принципиальной возможности создания наглядных моделей элементарных частиц. На первых этапах такие модели могут быть не квантовыми. Впоследствии вполне возможен синтез данных теорий с квантовыми моделями и построения на их основе более совершенной теории элементарных частиц.

Первым шагом к созданию такой теории, по нашему мнению, является введение в науку гипотезы о фрактальности мира. На наш взгляд данная гипотеза позволит построить наглядную модель элементарных частиц. Предположение такой модели изложим в § 6.3.

Вывод

В данном параграфе мы вводим в науку гипотезу о принципиальной возможности создания наглядных моделей элементарных частиц. Именно введение в науку (в первую очередь в теоретическую физику) подобных представлений позволит ей взять курс на развитие классической рациональности.