Онтологические проблемы физики

В современной философии науки принято следующее определение. Онтология (ontos-сущее, logos-учение) есть учение о структуре и закономерностях бытия. Фундаментальное основание онтологии может быть сформулировано следующим образом: «Диалектическая, имманентная природа бытия и ничто состоит в том, что они свое единство – становление – обнаруживают как свою истину. Каждое из них снимает себя в-себе-самом и есть в-самом-себе своя противоположность» (Г. В.Ф. Гегель). При этом познание (гносеологический аспект бытия) объективной реальности, формирование понятий о ней происходит в рамках человеческой практики, через субъект–объектное отношение, через становление отношения бытия-в-себе (объекта) к бытию-для-нас (субъекта). «Главный недостаток всего предшествующего

материализма заключается в том, что предмет, действительность, чувственность берется только в форме объекта, или в форме созерцания, а не как человеческая чувственная деятельность, практика, не субъективно» (К. Маркс).

Современная онтология в этом становлении выделяет три слоя реальности: бытие природы – первая форма Универсума (неживая и живая природа); бытие социальное, или социум, – вторая форма Универсума (бытие общества, отдельного человека); бытие идеальное, духовное бытие – третья форма реальности. Все виды бытия сходятся, объединяются, синтезируются в бытии человека (экзистенции; Э. Гуссерль, К. Ясперс, М. Хайдеггер).

Специфика познания физической реальности определяется фундаментальными (для всего естествознания в целом) онтологическими характеристиками исследуемых «фрагментов» объективной реальности. К таким «фрагментам» (онтологическим структурам) относят поля и частицы, прерывное (дискретное) и непрерывное, часть и целое, потенциальное и актуальное, элемент и систему, вплоть до представлений о квантованности самой потенциальной возможности (придание операторного смысла волновой функции) и осознания относительности как разделения физических объектов на микро-, макро - и мегаобъекты в ряде физических ситуаций, так и самого понятия Универсума.

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

«Многослойность» бытия, диалектика его становления и познания вполне и давно осознаны теоретической физической мыслью. Онтология и гносеология квантовой теории микромира непосредственно это демонстрирует – виртуальность как становящаяся квантовая реальность, наблюдаемость «ненаблюдаемости» (кварки, глюоны), спонтанность квантовых переходов, дуализм квантовых объектов.

Однако существуют, прежде всего, две взаимосвязанные онтологические проблемы современной физики.

Первая из них – проблема причины и механизма возникновения Универсума, в котором мы «оказались». Эта проблема связана с нашим непониманием природы и свойств Физического Вакуума. В данном случае математические конструкции квантовой теории поля (см. Лекцию 4) и квантовой космологии (бесконечномерные гильбертовы пространства состояний, действующие в них операторы рождения и уничтожения) носят констатирующий, рецептурный характер и не дают физического понимания динамической природы этих конструкций.

Вторая проблема возникает уже на современном этапе развития фундаментальной физики. Она обусловлена тем, что многие свойства наблюдаемого нами Универсума не находят так называемого естественного (детерминированного) объяснения, а представляются как случайности. К этой ситуации вполне можно отнести слова С. Вайнберга: «Чем более постижимой представляется Вселенная, тем более она кажется бессмысленной». В самом деле, значения масс кварков и заряженных лептонов (см. Лекцию 2) выглядят случайными. Можно констатировать лишь возрастание этих масс от поколения к поколению. Почему мы наблюдаем три, а не более поколения? Почему

вещество преобладает над антивеществом (когда и как произошло нарушение СР-симметрии в микромире)? Равенство (в пределах порядка величины) между плотностью обычного (барионного) вещества и плотностью «темной материи» носит характер случайного совпадения. Более того, в Стандартной Модели нет частицы, отвечающей за природу «темной материи». Какова природа «темной материи»? Почему космологическая постоянная (энергия вакуума; см. Лекцию 5) на ~ 44(!) порядка величины меньше плотностей энергии в физике частиц? Почему масштабы сильных (~ 200 МэВ) и электрослабых (~ 250 ГэВ) взаимодействий близки, а масштаб гравитационных (~ 1019 ГэВ) взаимодействий столь сильно от них отличается? Почему до сих пор экспериментально не обнаружена (LEP-парадокс) низкоэнергетическая (~ 100 ГэВ ÷ 1 ТэВ) суперсимметрия в микромире, являющаяся базовым предположением такой фундаментальной попытки, как теория суперструн (см. Лекцию 3)?

Каждые из этих «случайностей» и вопросов сами по себе представляют онтологическую проблему физики. «Случайности» и вопросы можно продолжить. Не исключено, что они будут естественным образом сниматься по мере работы вступающего в строй Большого адронного коллайдера (ЦЕРН, Швейцария, 2010).

Однако не исключено и то, что на фундаментальном уровне бытия «случайности» действительно есть и значения многих параметров существующей теории микромира не являются естественными. Нельзя исключить того, что истинный Универсум «многолистен» и каждый «лист» имеет свои фундаментальные параметры и физические законы. Такие представления реализуются, в частности, в модели «вечной инфляции» (А. Линде) и теории суперструн (огромное (бесконечное?) число – «ландшафт» – вырожденных Вакуумов; Р. Боуссо, Д. Полчинский, Л. Сасскинд). Тот же факт, что мы наблюдаем именно такие параметры нашего исключительно тонко «настроенного» мира, обусловлен лишь тем, что именно этот (из бесконечного многообразия?) мир оказался совместим с нашим существованием как «наблюдателей» (антропный принцип; Б. Картер, А. Линде, Д. Барроу, Ф. Типлер).

Принятие антропного принципа поставит перед современной онтологией и гносеологией проблему переосмысления (расширения) самого понятия «критерия естественности», традиционно принимающего в нашем мире форму требования «предсказательной силы» теории. Возможность такой ситуации, однако, лишь демонстрирует содержание (установленной еще в 1931 году) теоремы Геделя (К. Гедель) о неполноте любой достаточно полной системы аксиом – существуют утверждения, имеющие смысл, но неразрешимые (недоказуемые и неопровергаемые) внутри данной системы. Другими словами, антропный принцип представляется не более чем реализацией в физических представлениях математически установленного гносеологического факта.

В заключение этого параграфа отметим еще одну фундаментальную проблему онтологии современного естествознания – исследуемую в рамках эволюционной биологии проблему происхождения жизни на Земле. Именно

переход от неживого к живому и механизм наследственности остаются неясными. Можно предположить, что и здесь решающее слово будет за квантовыми и синергетическими представлениями фундаментальной физики.

ЛЕКЦИЯ 2

Фундаментальные частицы и поля

Попытка понять Вселенную – одна из очень немногих вещей,

которые чуть приподнимают человеческую жизнь над уровнем фарса и придают ей черты высокой трагедии.

С. Вайнберг

2.1 Частицы и поля как фундаментальные абстракции современной физической картины мира и проблема их онтологического статуса

В современной релятивистской квантовой теории микромира (квантовая теория поля) фундаментальные понятия (онтологические структуры) элементарной частицы (локализованного квантового объекта) и поля (бесконечной совокупности динамических переменных в пространственно-временном континууме) объединяются в едином понятии квантованного поля. Так, в квантовой электродинамике вероятность процессов взаимодействия фотона (оператор квантованного электромагнитного поля ) с электронами (позитронами) (оператор квантованного электрон-позитронного спинорного поля ) определяется квадратом матричного элемента оператора эволюции исследуемой квантовой системы:

Здесь оператор хронологизации (упорядочения по времени), оператор электрон-позитронного тока, заряд электрона, матрицы Дирака и оператор удовлетворяет уравнению Дирака:

где оператор импульса электрона массы Входящие в структуру оператора (представление вторичного квантования) операторы рождения и уничтожения единичных фотонов (электронов, позитронов), действуя на фотонный (электрон-позитронный) вакуум, определяют динамику процессов, происходящих в квантовой системе как на реальном, так и на виртуальном уровнях. Таким образом, предметом исследования в микромире с необходимостью выступает совокупность частиц и полей как единого целого.

В силу принципа неопределенностей Гейзенберга «локализация» элементарной частицы ограничена объемом пространства где – комптоновская длина волны (постоянная Планка, масса частицы, скорость света в вакууме). Так, электрон не может быть локализован внутри объема 10-26 м3. Поэтому даже в отсутствие взаимодействия элементарной частицы с окружением становится бессмысленным представление о ней как о «точечном» квантово-полевом объекте (не следует смешивать понятие «точечности» элементарной частицы с понятием «точечного» – локального ее взаимодействия с другими частицами и полями, см. Лекцию 4).