Концепции современного естествознания (стр. 9 )

Для описания конфигурации искривленного пространства-времени (пространственно-временной метрики) Эйнштейн воспользовался римановой криволинейной геометрией, - неэвклидовой геометрией пространства с переменной кривизной и математическим аппаратом тензорного анализа. Записанные в тензорных обозначениях законы сохранения инвариантны относительно любых реально существующих систем отсчета. Понятие прямых линий, по которым в классической механике движется луч света, заменено в ОТО на понятие наиболее прямых траекторий (т. е. геодезических линий в данном кривом пространстве), форма которых определяется структурой искривленного пространства-времени. Например, все тела, свободно падающие в поле тяготения Земли или любого другого объекта, движутся по геодезическим траекториям пространства-времени.

На основании ОТО Эйнштейн предсказал три астрономических эффекта, в частности, искривление траектории светового луча, проходящего вблизи массивных тел, например, звезд. Этот эффект получил экспериментальное подтверждение в 1919 году, когда английский астроном Артур Эддингтон, наблюдая положение далеких звезд во время солнечного затмения, сравнил его с фотографиями звездного неба в обычное время и обнаружил предсказанное Эйнштейном отклонение на 1,75”. Красное смещение частоты света при движении луча против сил гравитационного поля и фиолетовое смещение, возникающее в противном случае, которое было предсказано на основании ОТО, также доказано экспериментально в прецизионных измерениях с использованием излучения лазера.

Необходимо заметить, что факт независимости скорости света (в вакууме) от относительной скорости источника и приемника не нарушает закон сохранения энергии, поскольку в результате эффекта Допплера происходит изменение длины волны (и, следовательно, частоты) света так, что при относительном движении источника и приемника навстречу друг другу, частота электромагнитных колебаний увеличивается (фиолетовое смещение), а при движении в противоположном направлении частота уменьшается (красное смещение). Поскольку энергия электромагнитных колебаний Е связана с частотой n по формуле E=hn, где h – постоянная Планка, то очевидно, что при встречном движении энергия фотонов (квантов электромагнитного поля) возрастает, а в обратном случае – уменьшается, хотя скорость относительного движения фотонов во всех системах отсчета всегда равна скорости света. В настоящее время существуют и альтернативные теории тяготения, но достаточно широкие объяснительные возможности теории относительности пока оставляют за ней право считаться универсальной моделью гравитации. (См. также: Неевклидова геометрия, Лобачевский, Эйнштейн).

34. Трофические цепи (или цепи питания) – это пути перехода энергии пищевых веществ от первичных продуцентов через ряд организмов, каждый из которых кем-то или чем-то питается и становится пищей для других. Через экосистему вдоль трофической цепи поддерживается поток энергии, который начинается со связывания энергии солнечных лучей и заканчивается полным разложением органических соединений, причем на каждой стадии часть энергии теряется. Так осуществляется биоэнергетический каскад. Каждая способная к самостоятельному функционированию экосистема, состоит, по крайней, мере из двух биологических компонентов – продуцентов и сапротрофов. Между ними обычно существует цепь консументов различной последовательности, разнообразия и сложности.

1). Первичные продуценты – (производители), это автотрофные организмы, которые, используя солнечную энергию, переводят неорганическое вещество в органические соединения и таким образом повышают степень их упорядоченности и поднимают их на более высокий энергетический уровень. Зеленые растения и некоторые бактерии путем фотосинтеза образуют из углекислого газа и воды углеводы – исходный материал для дальнейших реакций синтеза более сложных органических соединений.

2). Консументы – (потребители), это гетеротрофные организмы, которые питаются непосредственно или посредством использования других организмов органическим веществом, синтезированным первичными продуцентами. К консументам относятся прежде всего растительноядные животные и паразиты растений. Растительноядными питаются плотоядные (хищники), а те и другие, в свою очередь, также имеют паразитов.

3). Сапротрофы – (или редуценты, разрушители), это такие организмы, которые в конце концов разлагают растительные и животные остатки до уровня исходных неорганических веществ. Сюда относятся, главным образом, бактерии и грибы, а также почвенные животные. Сапротрофы, наряду с растительноядными животными и иными консументами, могут служить пищей другим организмам, - в этом случае они играют роль вторичных продуцентов. Таким образом, один и тот же организм может быть, в зависимости от его положения в пищевой цепи, вторичным продуцентом, консументом или сапротрофом. Консументы и сапротрофы редко бывают строго специализированны по отношению к одному определенному источнику пищи. В большинстве случаев растительноядные животные питаются разными видами растений, а жертвами хищников становятся разные виды животных. И наоборот, - один вид растений становится пищей для различных консументов, как животных, так и микроорганизмов.

Сложившееся многообразие видов в природе построено по такому принципу, что, для поддержания оптимальной устойчивости данной экосистемы, оно приводит к максимальному увеличению числа степеней свободы и допускает переключение её членов на многие источники питания. Так в экосистеме формируются обратные связи и создаются условия для процессов самоорганизации и саморегулирования, которые поддерживают автоколебания её характеристик около среднего значения и обеспечивают её квазистационарное состояние в течение длительного времени. И хотя трофические связи между организмами одной экосистемы переплетаются самыми разнообразными способами, тем не менее внутри этой пищевой цепи поток энергии идет в определенном направлении, соответствующем самоорганизовавшейся и упорядочившейся структуре. (См. также: Система, Экосистема).

35. Универсальный эволюционизм – фундаментальный философский принцип саморазвития, получивший обоснование в синергетике посредством обобщения дарвиновской концепции биологической эволюции и экстраполяции её на закономерности развития любых сложных неравновесных самоорганизующихся систем. Принцип универсального эволюционизма рассматривает процессы самоорганизации и развития неживых, живых и социальных систем как единый и целостный эволюционный процесс, охватывающий всю суперсистему – Универсум (т. е. Вселенную и встроенного в неё Человека), и подчиненный единому универсальному алгоритму всеобщего саморазвития.

Этот принцип на основе критерия дополнительности соединяет в себе такие важнейшие отрасли постнеклассической науки 20-го века, как постнеодарвинизм и синергетику, основные положения которых – это глобальная информационность, системность, самоорганизация и необратимость времени. Он также учитывает концепцию ноосферы и антропно-космологические идеи, исходя из которых современное естествознание и философия совместными усилиями пытаются осмыслить «феномен человека» (термин П. Тейяр де Шардена) как фундаментальный аттрактор, притягивающий траекторию эволюции Вселенной.

Подход к концепции универсального эволюционизма с информационно-алгоритмических позиций, позволяет трактовать развитие Универсума как сложную и нестабильную систему последовательных событий, стохастически реализующихся на основе предыдущей информации и генерирующих информацию следующего уровня. Это есть неравновесный процесс континуально-дискретного разворачивания своеобразного креода (т. е. пучка траекторий) от Большого взрыва до современной структуры космоса, которая, по современным космологическим представлениям, обеспечила уникальное сочетание необходимых условий для появления в некоторой области Вселенной разумной материи. Вдоль этих траекторий развития по законам вероятности происходит самоорганизация материи от хаоса к порядку, от простых неорганических структур к более сложным органическим, а затем и живым, усложняющимся в процессе цефализации.

Многие траектории развития, несмотря на кажущуюся их уникальность и антиэнтропийный характер отдельных процессов и возникающих при этом структур, направлены в целом к наиболее вероятным в данных условиях состояниям тех или иных структур, которые задаются соответствующими аттракторами, хотя и повышают энтропию всей суперсистемы. В силу возникновения неизбежных ситуаций случайного выбора (через бифуркацию) одной из нескольких возможных траекторий, в результате чего нарушается информационная симметрия предшествующих состояний и изменяется ход эволюции, этот процесс в целом необратим во времени.

На современном этапе познания природы в рамках эволюционно-синергетической парадигмы принцип универсального эволюционизма стал одним из основных методологических подходов к построению картины мира, представляя Вселенную и человека в ней как единую, целостную и взаимообусловленную систему, развивающуюся по универсальным алгоритмам, заключающим в себе конструктивное и формообразующее сочетание стабильности и нестабильности, повторяющегося и уникального, что и задаёт наблюдаемую «стрелу времени» и определяет ход универсальной истории. «Возмущения, случайные взаимодействия критических флуктуаций и бифуркация, наступающая вслед за нуклеацией некоторых флуктуаций, - таковы ключевые элементы, которые определяют интерактивную динамику, отвечающую за эволюцию сильно неравновесных систем в природе, - пишет известный синергетик Э. Ласло. - Мир, который мы наблюдаем сегодня, возник на нашей планете и, возможно, где-нибудь еще во Вселенной из общих начальных условий и дошел до своего современного диверсифицированного (но не упорядоченного) состояния».

Этот процесс саморазвития материи имеет универсальные системные черты, проявляющиеся в эволюции как неживой природы, так и мира живого вещества, а также в развитии сферы человеческого познания и всей культуры в целом. Общие закономерности, свойственные универсальной системно-синергетической эволюции, применимы к самому широкому кругу способов научно-теоретического и образно-художественного осмысления окружающего мира и составляют предмет и один из методов постнеклассической науки и философии.

В середине 70-х годов ХХ века многие ученые и философы стали интенсивно обсуждать картину мира на основе т. н. антропного принципа. Это антропоцентристская космологическая гипотеза, которая утверждает, что все известные фундаментальные характеристики внешнего мира (физические константы, параметры взаимодействий, свойства силовых полей, элементарных частиц, атомов и всей Вселенной в целом) «подобраны» таким образом, чтобы в результате саморазвития материи неизбежно появились высшие формы живого вещества – носители сознания (в частности, человек как свидетель данной формы Вселенной).

Такие выводы основаны на том, что, как показывают расчеты, основанные на последних достижениях современной физики, малейшие изменения известных величин фундаментальных квантовых и космологических констант, таких как скорость света, постоянная Планка, гравитационная постоянная, масса и заряд электрона, разница масс протона и нейтрона, соотношение интенсивности четырех фундаментальных взаимодействий, число пространственных измерений (крупномасштабная трехмерность мира) и т. д., привели бы к общей неустойчивости Вселенной, резко ускорили бы процесс эволюции космического вещества, обусловливающий образование галактик, звезд и планет, нарушился бы механизм создания ядер тяжелых химических элементов, стабильных атомов и т. п.

Такое изменение хода ядерных и космических процессов, в конечном счете, исключило бы всякие возможности для возникновения и развития сложных атомно-молекулярных структур, не говоря уже о биологических формах. То есть устойчивое существование и развитие сложных систем критически зависит от соотношения фундаментальных констант, численные значения которых в настоящее время известны, благодаря научному естествознанию. Так, например, астрофизик Б. Картер в 1973 году показал, что равновесие между гравитационными и электромагнитными взаимодействиями внутри звезд соблюдается с высочайшей точностью, порядка 10-38 %, - и это ему и многим другим ученым представляется отнюдь не случайным явлением природы. Тогда же Картер выдвинул идею о том, что Вселенная должна быть такой системой, чтобы на определенном этапе её развития фундаментальные параметры допускали существование наблюдателей. Аналогичная строгость баланса сил и «подобранность» численных значений, характерна и для всех остальных типов взаимодействий и параметров микромира и космоса.

Современная трактовка антропного принципа сводится, в основном, к трем формулировкам, последовательно усиливающим телеологическую направленность:

1) слабая версия: «Наблюдаемое значение всех физических и космологических констант не случайно, но продиктовано требованием обеспечить существование таких областей пространства, где могла бы возникнуть жизнь на углеродной основе, а также требованием того, чтобы возраст Вселенной был достаточно велик, т. е. чтобы это событие уже произошло». Эту формулировку вполне можно отнести к высказываниям телеологического типа, в которых признается наличие в мире целевого замысла, осуществляемого какими-либо высшими силами, недоступными рациональному познанию. Здесь также накладываются ограничения на возможность появления живого вещества на другой (например, кремниевой) основе, что можно трактовать как биокарбоцентризм.

2) сильная версия: «Вселенная должна обладать такими свойствами, которые на определенном этапе ее истории позволяют жизни развиться». В этой формулировке телеологическая и биоцентристская направленность усиливаются, но данная картина мира не настаивает на единственности нашей Вселенной и уникальности земных форм жизни, и не исключает возможности существования иных миров, в которых по их типу мироустройства наличие наблюдателя не является обязательным условием. И сильная, и слабая версия антропного принципа, в некотором смысле, подразумевают существование Бога, осуществляющего свой замысел.

3) категорическая версия: «Разумный информационный поток неизбежно должен возникнуть во Вселенной, и однажды возникнув, он уже не может исчезнуть». Эта формулировка самая широкая по содержанию, и не связана с антропоцентризмом и биоцентризмом, поскольку не накладывает никаких ограничений на свойства объекта – носителя разумной информации. Здесь отсутствуют также телеологические и теологические коннотации, т. к. не делаются акценты на факте появления разума как осуществлении замысла высших сил, а утверждается естественный характер процессов самоорганизации и саморазвития материи в том варианте Вселенной (например, в нашем, где уже есть наблюдатель), который реально осуществился наряду со всеми другими возможными (виртуальными мирами). Такие гипотезы о возможности существования множества других миров, организованных по другим законам, имеют некоторую научную опору в современной космологии и синергетике, и согласно этим представлениям, существование различных типов Вселенных, в принципе, современной теорией не запрещается, но эти миры как бы «существуют без свидетелей», т. е. никем не воспринимаются.

Научный статус антропного принципа не очевиден и вызывает дискуссии как среди физиков и космологов, так и среди биологов и философов, многие из которых считают его современным научно модифицированным вариантом религиозного мышления, опирающегося в неявном виде на признание идеи существования Бога. Здесь научное естествознание входит в несвойственную для него область – пытается ответить на вопрос «зачем?», «с какой целью?», вместо обычного «как?», «по какому закону?».

И хотя антропный принцип не является ни эмпирическим обобщением, ни логически вытекающим следствием из известных научных фактов, тем не менее, поскольку на данном этапе развития науки однозначного решения этой проблемы не существует, то исходя из универсального познавательного метода эпистемологической дополнительности, следует считаться и с теми подходами к созданию более полной картины мира, которые открывает антропный принцип. «Настал момент понять, что удовлетворительное истолкование Универсума, даже позитивистское, должно охватывать не только внешнюю, но и внутреннюю сторону вещей, не только материю, но и дух. Истинная физика та, которая когда-либо сумеет включить всестороннего человека в цельное представление о мире», - писал в прологе к трактату «Феномен человека» Тейяр де Шарден.

Идеи, близкие к антропному принципу, содержатся также в учениях русских философов (православных: , , и «естественников-материалистов»: , , и др.). Общий свод этих учений известен под названием философии русского космизма. (См. также: Ноосфера, Хокинг).

36. Уравнение Шредингера –.основное уравнение квантовой механики (см.), описывающее эволюцию квантовомеханического объекта во времени. Оно записывается через оператор Гамильтона (т. н. гамильтониан) и утверждает, что производная волновой функции y(t) («пси»-функции) по времени совпадает с результатом действия на y(t) оператора Гамильтона Ñ = Ноп. Это уравнение было постулировано Э. Шредингером на основе аналогии с уравнениями классической оптики, но полученное решение (собственные функции и собственные значения) соответствуют не непрерывно, а дискретно изменяющимся частотам волнового процесса.

Уравнение Шредингера имеет вид: ih*¶y(t)/¶ t=Нопy(t), где i – мнимая единица, h – постоянная Планка, и его решение с учетом соответствующих начальных и граничных условий описывает квантовый характер тех или иных процессов микромира. Так, например, из общего вида уравнения Шредингера при определенных условиях следует т. н. стационарное решение: y(x, y,z, t)=e-i(E/h)tj(x, y,z), где e-i(E/h)t – экспонента, Е – собственные значения волновой функции, представляющие собой совокупность энергетических уровней, j(x, y,z) – функция только пространственных координат. Уравнение Шредингера линейно, следовательно, если его решением являются две любые собственные функции y1 и y2, то его решением является и их линейная комбинация (суперпозиция волновых функций): а1y1+а2y2 , - это математическое выражение принципа суперпозиции.

Уравнение Шредингера не выводится логически непротиворечиво из более фундаментальных оснований или соображений, а постулируется, поэтому его описательные возможности можно проверить только эмпирическим путем. В ряде экспериментов (где осуществлялись т. н. чистые состояния, для которых волновая функция существует, например, отдельный атом водорода) были получены очень хорошие результаты, в более сложных случаях – при исследовании поведения больших систем или т. н. квантовых ансамблей (смешанное состояние, где выделить волновую функцию не представляется возможным) приходится прибегать к вероятностно-статистическому описанию состояния объекта, - тем не менее, только аппарат квантовой механики, развитый на основе волнового подхода Шредингера (или аналогичного, матричного варианта Гейзенберга), позволяет получить адекватные результаты при математическом моделировании парадоксальной реальности микромира.

Особый резонанс в неклассической науке и философии вызвал парадоксальный мысленный эксперимент Шредингера под названием «Кошка Шредингера», который выглядит так. Представим, что в закрытой коробке, снабженной устройством, содержащим отравляющее вещество, сидит живая кошка. Это устройство реагирует на световой импульс, создаваемый отдельным квантом света (единичным фотоном). Этот фотон падает на т. н. полуотражающее зеркало, которое способно как отражать свет, так и пропускать его с вероятностью 1/2. Если фотон отразится, то ничего не произойдет, но если он пройдет сквозь зеркало, то запустит механизм, который убивает кошку, но пока коробка не открыта, невозможно узнать, жива кошка или уже мертва. Если бы речь шла о ситуации, в которой прохождение фотона сквозь зеркало носило бы вероятностный характер в классическом смысле, ничего парадоксального в этом рассуждении не было бы, но в квантовомеханическом случае, когда, согласно соотношению неопределенностей, исход опыта в микромире (прохождение фотона) нельзя предсказать принципиально, его результат, проецируемый на макромир (жизнь или смерть кошки) носит такой же квантовомеханический характер, и получается, что принцип неопределенности распространяется в некоторых случаях (пусть сугубо модельных) на реальность макромира!

Иными словами, если судьба фотона (микромир) описывается как результат суперпозиции двух его состояний, выражаемых «пси»-функциями Шредингера (прошел через зеркало – (y1) или отразился – (y2), то получается, что и судьба кошки (макромир) описывается также суперпозицией двух состояний (но уже макрообъекта – жива или мертва кошка), которая (суперпозиция), соответствуя квантовой неопределенности микромира, проецирует эту неопределенность на поведение объектов макромира. Т. е., другими словами, кошка в этих условиях находится между жизнью и смертью до тех пор, пока не будет подвергнута прямому наблюдению, а её существование в этом эксперименте также представляет собой суперпозицию (т. е. квантовомеханическую смесь (а1y1+а2y2) двух макроскопических «пси»-функций состояния (т. е. y1 – жизни и y2 – смерти) макрообъекта, полученных как бы посредством увеличения квантовых микросостояний.

И точно так же, как вопрос, «что было на самом деле в квантовомеханической системе до опыта над ней?», с точки зрения квантовой механики некорректен, поскольку ответить на него можно только после измерений, дающих необратимый результат (т. е. «самое дело» возникает только в процессе измерений и интерпретации результатов эксперимента наблюдателем, а до этого можно говорить лишь о виртуальных возможностях), также и здесь – вопрос о жизни и смерти макроскопического существа в этом мысленном эксперименте тесно связан с наличием наблюдателя, производящего измерения, – в его отсутствие этот вопрос лишается смысла и речь может идти только о квантовой неопределенности и суперпозиции состояний. Реальный ответ рождается в акте наблюдения и в некотором смысле является результатом коллапса волновой функции, описывающей «квантовомеханическое» состояние кошки как одного из элементов совокупной системы: «фотон – кошка – наблюдатель».

Эту же ситуацию «макроскопической неопределенности» можно повторить, рассматривая несколько иную систему: «атом – кошка – наблюдатель», в которой сигнал к «убийству» кошки подается при акте распада отдельно взятого радиоактивного атома. Дело в том, что обладая вероятностной природой, процесс радиоактивного распада может характеризоваться периодом полураспада или вероятностью распада только в среднем, т. е. при наличии достаточно большого, статистически значимого, количества атомов. Отдельный акт распада – это типично квантовомеханическое явление, подчиняющееся соотношению неопределенностей, и это событие, следовательно, принципиально непредсказуемо. Сам Шредингер по этому поводу говорил, что момент распада отдельного радиоактивного атома ещё менее предсказуем, чем момент смерти здорового воробья. Поэтому и в данном опыте жизнь или смерть кошки, т. е. судьба макроскопического объекта полностью обусловлена принципом неопределенности, свойственным микромиру, т. е. квантовые закономерности как бы транслируются на макромир.

Отмечаемая многими физиками и философами трудность интерпретации этого парадокса квантовой механики связана с тем, что все попытки ввести эту ситуацию в контекст, выходящий за пределы квантовой механики, неизбежно связаны с использованием понятий, имеющих смысловое содержание, обусловленное доминантами классической парадигмы. Именно поэтому неопределенное двойственное состояние кошки воспринимается как парадокс и требует той или иной интерпретации. Однако это не более, чем парадокс классического мышления, связанный с проявлением устойчивых стереотипов обыденного сознания. Если воспринимать квантовую механику как специфический язык, необходимый для описания совершенно несопоставимой с макромиром квантовой и вероятностной реальности микромира, тогда проблема парадоксов полностью исчезает, поскольку в семантике языка квантовой механики таких парадоксов не существует.

Разъясняя специфический характер логики, свойственной языку квантовой механики, в связи с трудностями понимания феноменов микромира (в частности, модели «Кошка Шредингера»), которые резко противоречат здравому смыслу и познавательным традициям классической парадигмы, выдающийся физик современности Стивен Хокинг пишет о том, что философам науки, не говоря уже о простых людях, очень трудно допустить в качестве реальной такую ситуацию, когда кошка как бы наполовину жива, а наполовину мертва. «Эта трудность, - указывает он, - возникает оттого, что они косвенно пользуются классической концепцией реальности, где объект имеет определенную и единственную предысторию. Но весь фокус в том, что у квантовой механики другой взгляд на реальность. Согласно ему, объект имеет не единственную предысторию, но все возможные предыстории. В большинстве случаев вероятность какой-то одной предыстории отменяется вероятностью несколько иной предыстории, но в определенных случаях вероятности соседних предысторий усиливают друг друга. И одну из этих усиленных предысторий мы видим как предысторию объекта».

Это один из примеров т. н. квантовой логики, описывающей суперпозицию неопределенных состояний квантовомеханического объекта, а также яркое свидетельство того, как сложно ввести категории фундаментальной неклассической науки, доступные немногим профессионалам, в общекультурный контекст и какую кардинальную ломку стереотипов обыденного сознания это предполагает, - сознания, базирующегося на интуитивно понятной бинарной аристотелевской логике («да» или «нет»), истоки которой восходят к архетипу порядка и которая на протяжении столетий служила опорой здравому смыслу и повседневному опыту.

В 90-е годы ХХ века несколько групп ученых экспериментально воплотили ситуацию, соответствующую этому парадоксу, на примере эффекта сверхпроводимости, когда оказалось, что макроскопическая система может при определенных обстоятельствах находиться в таком состоянии, когда некоторая сугубо макроскопическая величина (например, величина магнитного потока) проявляет закономерности, свойственные типичному квантовомеханическому процессу микромира – туннельному эффекту. Эта величина (магнитный поток) в данных экспериментах не имеет определенного значения, т. е. её поведение не описывается законами классической электродинамики (как ожидалось для обычных процессов макромира), а носит квантовый характер, соответствующий поведению объектов микромира, и подчиняется квантовомеханическому принципу неопределенности.

Отсюда следует, что в общем случае переход от реальности микромира на уровень макромира, т. е. фактор «увеличения» сам по себе, не избавляет результат макропроцесса от квантовомеханической неопределенности, лежащей в основе составляющих его элементарных микропроцессов. Некоторые современные исследователи считают, что для объяснения детерминизма процессов макроуровня и той динамической необратимости, которая приводит к определенности результатов событий, происходящих в макромире, требуются новые физические принципы. Одним из таких принципов, по мнению одного из создателей синергетики бельгийского ученого Ильи Пригожина, видимо может стать принцип неограниченного возрастания энтропии при переходе от микроуровня (элементарных частиц, атомов, полей) к реальности макромира, представленной предметами, содержащими колоссальное количество элементов микромира (т. н. эффект сборки) и процессами, энергия которых несоизмерима с характерной квантовомеханической величиной – фундаментальной постоянной Планка. (См. также: Наблюдение, Шредингер).

37. Фундаментальные взаимодействия – четыре физических взаимодействия, к которым сводится всё многообразие процессов макромира, микромира и мегамира. 1). Сильное ядерное, переносчик обменный пи-мезон (пион), масштаб действия примерно – 10– 15 м, связывает нуклоны в атомном ядре. 2). Электромагнитное, переносчик фотон, дальнодействующее выражается законом Кулона. 3). Слабое ядерное, переносчик промежуточный векторный бозон, средний радиус действия примерно – 10– 17 м, приводит к бета-распаду ядер. 4). Гравитационное, переносчик гравитон, дальнодействующее, выражается законом всемирного тяготения Ньютона. Особенно следует остановиться на электромагнитном взаимодействии.

Электромагнитное взаимодействие – одно из четырех фундаментальных взаимодействий, характеризуемое участием электромагнитного поля (см.) переносчиком взаимодействия в котором является его квант – фотон. В процессе взаимодействия частиц и поля фотон либо излучается, либо поглощается, обеспечивая притяжение разноименных электрических зарядов и отталкивание одноименных. Сила взаимодействия двух электрически заряженных тел выражается законом Кулона (1785 год), полностью аналогичным закону гравитационного взаимодействия, с той лишь разницей, что гравитация проявляется только как притяжение. Исключительную важность для объяснения устойчивости мира как в атомном, так и в космическом масштабах представляет тот факт, что интенсивность электромагнитного взаимодействия примерно в 1040 раз превышает гравитационное.

Согласно классической электродинамике, магнитные силы возникают только в результате движения электрических зарядов, и хотя из некоторых современных теорий следует возможность наличия в природе, наподобие электрических, также и свободных магнитных зарядов (т. н. магнитный монополь, предсказанный П. Дираком в 1931 году), экспериментально они пока не обнаружены. Электромагнитное взаимодействие обеспечивает устойчивость всех атомных и молекулярных структур, к ним также сводится большинство сил, наблюдаемых в макромире, таких, как силы трения, упругости, поверхностного натяжения и т. д. Свойства различных агрегатных состояний вещества, химические превращения, оптические явления, рентгеновское излучение, потоки тепла, света и радиоволн – всё это результат проявления электромагнитных сил. Таким образом, электромагнитное взаимодействие обусловливает большой класс физических и химических и биологических явлений в окружающем мире.

Процессы, в которых участвуют относительно слабые и медленно меняющиеся электромагнитные поля, описываются законами классической электродинамики, сводящейся к четырем фундаментальным уравнениям, введенным в науку в 1865 году выдающимся английским физиком Дж. К. Максвеллом. Он математически выразил и обобщил результаты всех экспериментов по электричеству и магнетизму, проведенных к тому времени такими выдающимися физиками, как Фарадей, Ампер, Кулон и др. Это был революционный шаг, открывший пути новым представлениям о природе взаимодействий на основании понятия поля, пронизанного силовыми линиями, и ознаменовавший начало кризиса ньютоновской механической парадигмы.

Из уравнений Максвелла, в частности, следовало, что физически возможен процесс распространения в пространстве электромагнитных волн в виде колебания электрического и магнитного полей со скоростью, равной скорости света, что навело Максвелла на мысль о электромагнитной природе света. Известный немецкий физик Генрих Герц, который привел уравнения Максвелла к современному симметричному виду (1890 г.), а также экспериментально доказал существование электромагнитных волн, распространяющихся со скоростью света (1888 г.), писал: «Нельзя изучать эту удивительную теорию, не испытывая по временам такого чувства, будто математические формулы живут собственной жизнью и обладают собственным разумом, - кажется, что эти формулы умнее нас, умнее даже самого автора, как будто они дают нам больше, чем в своё время было в них заложено». Можно определенно утверждать, что система уравнений Максвелла – один из ярчайших примеров огромных смыслопорождающих возможностей математического текста.

Электродинамику Максвелла-Герца, связавшую воедино электрические и магнитные силы, принято считать первым этапом на пути создания универсальной теории объединения всех фундаментальных сил природы – единой теории поля. Изучение электромагнитных явлений на уровне микромира привело к появлению квантовой электродинамики (Р. Фейнман, Ю. Швингер, С. Томонага, - гг.) – одной из самых точных квантовых теорий, которая на языке т. н. фейнмановских диаграмм описывает процессы взаимодействия фотонов с электронами, аннигиляцию и рождение электрон-позитронных пар, сдвиг энергетических уровней в электронных оболочках атома и многие другие явления микромира. (См. также: Квантовая механика).

Интенсивность взаимодействий характеризуют т. н. Фундаментальные константы – основные физические параметры, которые «отвечают» за все процессы, происходящие в природе на разных уровнях реальности (таких, как микромир, макромир, мегамир), и известные значения которых, в свете современных теорий, принципиальны для обеспечения устойчивости Вселенной и её долговременного развития.

К основным фундаментальным константам относятся:

1) скорость света с=3*108 м/сек,

2) гравитационная постоянная G=6,627*10 –11 м3 кг-1сек-2,

3) постоянная Планка h=6,62377*10 –34 кг м2 сек-2,

4) масса протона mp=1,6224*10 –27 кг,

5) масса нейтрона mn=1,6749*10 –27 кг,

6) масса электрона me=9,106*10 –31 кг,

7) масса альфа-частицы ma=6,6444*10 –27 кг,

8) заряд электрона qe=1,602*10 –19 Кулона,

9) постоянная тонкой структуры a=2pqe2c-1h-1=1/137, характеризующая электромагнитное взаимодействие элементарных частиц.

10) Сюда относится также и соотношение между интенсивностями четырех фундаментальных взаимодействий – сильное / электромагнитное / слабое / гравитационное = 1 / 0,01 / 10-5 / 10-39, некоторые важные резонансные характеристики термоядерных реакций, а также крупномасштабная геометрическая размерность пространства Вселенной, равная 3 (определяемая в прямоугольной декартовой системе координат через три независимые переменные {x, y,z} и условно обозначаемая терминами длина, ширина и высота).

В настоящее время серией модельных экспериментов показано, что значения фундаментальных констант могут быть только такими, какими они представлены в той или иной системе физических единиц, - в противном случае (если бы они даже незначительно отличались от известных величин) структура Вселенной на всех уровнях её организации была бы совершенно иной, причем такой мир был бы несовместим с возможностью существования человека. Никакая научная теория не может объяснить причину, по которой в природе выполняется столь точная «подстроенность» этих величин. Значения этих констант также невозможно получить теоретически, исходя из некоторых более общих представлений, - их определяют экспериментально, причем неизвестно, являются ли эти числа истинными константами, или они медленно изменяются по мере эволюции Вселенной.

Подчеркивая исключительно важное значение понятия фундаментальных констант как для науки в объяснении существующей структуры Вселенной, так и для философии, исследующей т. н. проблему наблюдения (см.), играющую принципиальную роль в новой физике, один из создателей квантовой механики Макс Планк писал: «Эти малые величины, так называемые универсальные константы, в некотором смысле, образуют те неизменные строительные кирпичики, из которых строится здание теоретической физики. В чем собственно состоит значение этих констант? Являются они в конечном счете изобретением человеческого гения или же они обладают также и реальным смыслом, не зависящим от человеческого интеллекта? Первое утверждают сторонники позитивизма, во всяком случае, его крайних форм. По их мнению, у физики нет других оснований, кроме измерений, на которых она зиждется, и физическая гипотеза имеет смысл лишь постольку, поскольку она подтверждается измерениями. Однако, поскольку каждое измерение предполагает присутствие наблюдателя, то с точки зрения позитивизма содержание физического закона совершенно невозможно отделить от наблюдателя, и этот закон теряет свой смысл, если только попытаться представить себе, что наблюдателя нет, а за ним и его измерениями стоит нечто иное, реально существующее и не зависящее от самого измерения. … Безусловно, последовательный позитивист и в наши дни [1937 год, - А. К.] мог бы назвать универсальные константы только изобретением, которое оказалось чрезвычайно полезным, поскольку оно делает возможным точное и полное описание результатов самых различных измерений. Однако вряд ли найдется настоящий физик, который всерьез отнесется к подобному утверждению. Универсальные константы не были придуманы по соображениям целесообразности, - физика вынуждена их принять как неизбежное следствие совпадения результатов всех специальных измерений, и – что самое существенное – мы заранее знаем, что и все будущие измерения приведут к тем же константам». Показательно, что идеи позитивистов, относительно «привязанности» фундаментальных констант и законов природы к наблюдателю, а следовательно, признание их (в некотором смысле) не объективным результатом реальных проявлений принципов мироустройства, открывающихся в наблюдениях, а искусственными конструкциями, при помощи которых происходит рационализация непостижимой природы в наших теориях, приобрели совершенно новое и отнюдь не позитивистское звучание в связи с последними достижениями квантовой механики и космологии, некоторые повороты в трактовке которых привели к религиозно-сциентистским представлениям о т. н. Универсальном наблюдателе и к антропному принципу. (См. Универсальный эволюционизм).