О материальных основах природы 7 страница

Понятие Истины заключено в сущность вечного движения, вечно изменяющейся во времени материи и сознания о ней. Поэтому возглас: «Остановись мгновение, ты прекрасно!» – не подходит к понятию истинного в Истине. Оно, мгновение, не может существовать без движения, потому что его смысл в нём.

Современная трактовка истины заключается в понятии соответствия знания действительности и дополняется понятием правдоподобия – степени истинности и, соответственно, ложности гипотез и теорий. В конце концов, опираясь на принцип фальсифицируемости К. Поппера, и теоремы К. Гёделя любая теория окажется частным событием в нашем познании Мира.

Истина меняется вместе с человеком, познающим законы и явления Природы. С его появлением возникла парадоксальная ситуация, когда жизнь на Земле раскололась на две составляющие. С одной стороны прежняя ее биологическая сущность продолжает развиваться по закону естественного отбора, а с другой – разум, независящий принципиально от капризов природной среды, которую сам Человек начал изменять, сообразуясь со «своими интересами», следует собственным законам самоорганизации, которые направлены не только на познание законов Природы, но и самой сущности разума. При этом он, разум, исключил из конкуренции всех, кто мог с ним соперничать в биосфере, изменяя её самою. Его конкурентом стала сама, раздвоенная на животную и социальную биологическую и социальную, сущность Природа.

Какой станет жизнь под влиянием её и человека трудно представить. Такого опыта не имела и сама Природа. Да она вообще никогда никакого «опыта» не могла иметь, поскольку никогда и ни в чём не повторяла себя. Также как не имела и не имеет никаких целей. Она сама – случай, который всегда может подвернуться перед вечностью, какой всегда будет в распоряжении её самой. В феномене разделения жизни на разумную и продолжающуюся естественно-эволюционную, выбор останется за разумом. И человек этот выбор сделает в свою пользу. Альтернативы этому нет. И рассуждения типа «на благо ли» или «во вред» развитие человека по отношению к Природе, также бессмысленны, как бессмысленно рассуждать о сути происходящих природных процессов, явлений и изменений, не имеющих категории «хорошо» и «плохо». Всё, что не делается в соответствии с законами Природы, – к лучшему (поскольку оно естественное, даже в разрушительном [157]), а всё, что делается вопреки ей – не останется …, если не будет вписываться в ее законы сохранения. Это надо бы ввести в естествознание как закон Вечности [158].

А что же человек в этом случае? Он – выбор Природы. Он результат ее самоорганизации, но не творения. И хотя ей в этом не было никакой нужды, но «необходимость» более высокой (разумной) степени самоорганизации в ней диктуется самой самоорганизацией, но не выбором. И в этом смысле предотвращение собственного вырождения есть не самоцель Природы, а следствие ее состояния, в котором принцип самоорганизации довлеет над понятием о ней. Разум – оказался более совершенной, а по П. Шардену и высшей формой самоорганизации, на который «положилась» Природа. Человек в Природе – миг, который Вечность и Природа либо «проморгали», либо «сознательно» играют с ним (человеком) в кошки-мышки. Удастся улизнуть мышке от двух котов или нет, покажет Вечность и утвердит Природа, поскольку тогда над ними во весь рост поднимется тень шарденовского Универсума[159]. А космос будет представлять собой разумную конструкцию, как например, в представлении С. Лема о «Новой космогонии».

И что же истина?

Истина эволюции осталась неизменной, а вот истина разума развивается как двойник первой, но по каким законам, мы опять же не знаем, и отождествлять ее новую сущность можем с другой истиной, следующее раздвоение которой может оказаться сумасшествием или проникновением в понимание вечности[160]. Относительность и условность же познания может оказаться релятивистским по типу инвариантности Лоренца[161].

Истина, как обращение к вечности, может изменить ход восприятия научной картины мира. В этом смысле в ее понятие мы должны вложить смысл непрерывно изменяющейся структуры восприятия картины мира, событий, происходящих в нем. Изменчивым (корпускулярным) может оказаться не только пространство-время, но и структура этой изменчивости, которая, развиваясь в пространстве-времени, однажды разрушит наши представления о мире, который казался нам таким понятным и правдоподобным. Мир окажется вечен в разнообразии не только его форм, структуры, но и структуры его восприятия. Только кем? В настоящем человеком. В будущем – разумом, в каких бы формах и структурной организации он не проявлялся.

Принципы естествознания

Концепции науки базируются на следующих основных принципах:

- формулируемые физикой фундаментальные законы мироустройства считаются действующими во всей вселенной;

- истинными признаются только те выводы, которые не противоречат возможности существования наблюдателя, то есть человека (антропный космологический принцип);

- принципе относительности, гласящим, что во всех инерциальных системах все законы сохраняются вне зависимости от того, с какими скоростями равномерно и прямолинейно движутся эти системы относительно друг друга и т.д.

На самом деле научных принципов больше. Они представляют собой совокупность методов познания, с помощью которых утверждается справедливость умозаключения о соответствии объекта познания его сущности.

Весьма распространённым является принцип аналогии.

Принцип аналогии.

В процессе познания человек пытается найти аналогию, которая позволяет ему в решении какой-то проблемы сравнить свои представления с тем, к чему прибегали до него.

Понятие аналогии имеет несколько значений, но в разных отраслях научного знания означает:соответствие, сходство, подобие, равенство отношений. В нашем смысле аналогия представляет собой познание путём сравнения известных состояний, явлений, движений и т.д. с теми, которые представляют собой выделенный объект познания.

Между сравниваемыми элементами (объектами) познания действительности имеется как различие, так и подобие, что и является основой сравнения. Метафизическая аналогия указывает на то, что различие и подобие объектов континуальны (взаимопроникающи и интегрированы) в единстве.

В физической аналогии они не должны быть хотя бы разделёнными, в противном случае возникнет противоречие в несоответствии, сходстве и т.д.

В атрибутивной аналогии это то, что является основанием подобия двух вещей, что переносится с первого члена аналогии на второй.

В аналогии пропорциональности каждый из членов аналогии содержит нечто, в чём оно в одно и то же время подобно и не подобно другому (Analogia entis).

Для процесса познания вообще важным является умозаключение по аналогии. Это знание, полученное из рассмотрения какого либо объекта, переносимое на менее изученный, сходный по существенным свойствам объект. Умозаключения, например, являются результатом возникновения гипотез, дальнейшее обоснование их внутренней непротиворечивости может привести к созданию теорий, формулировки закона и т.д. Великий Больцман смотрел ещё шире, отмечая, что процесс познания есть не что иное, как отыскание аналогий. А Дьёрдь Поя утверждал, что возможно не существует открытий ни в элементарной, ни в высшей математике, ни даже, пожалуй, в любой другой области, которые могли бы быть сделаны без аналогии. Стефан Банах говорил, что математик это тот, кто умеет находить аналогии между утверждениями, лучший математик – кто устанавливает аналогии доказательств, более сильный математик – кто замечает аналогии теорий.

Аналогия в биологии – это сходство каких-либо структур или функций, не имеющих общего происхождения. В кристаллографии – это подобие, которое определяет свойства минералов и т.д.

Поиск универсальных закономерностей развития мира как самоорганизующейся системы заставил переосмыслить роль аналогий в процессе познания, увидеть их эвристическую перспективу и расширить границы их возможностей как средства познания[162]. Это привело ученых к мысли о продуктивности аналогий в рождении новых идей. Так, Гельвеций утверждал, что новая идея появляется в результате сравнения двух вещей, которые еще не сравнивались.

Принцип динамического равновесия.

В условиях развития любой (естественной или общественной) открытой системы (в рамках неравновесной термодинамики) наступает период, когда она находится в динамическом равновесии. То есть её равновесное состояние определяется сбалансированным влиянием действующих внутренних и внешних факторов (сил). Отклонение от этого состояния позволяет наблюдать направление изменения состояния системы (её развитие, эволюцию).

Попытки универсализации научных принципов, которые бы отвечали возможности решения конкретных задач в различных областях научного знания, делались в разные времена. Но, как мы уже обращали внимание на эту проблему выше, любой универсализм в любом случае натолкнётся на детали, которые объяснить окажется невозможным, не прибегая к новым методам, которые приведут к необходимости формулировки новых законов или принципов.

Так, в 1906 г. русский кристаллограф Е.С. Федоров, автор 232 видов теоретически возможных видов симметрии кристаллов, распространил действие принципа подвижного (локального) равновесия Ле Шателье не только на физико-химические, но и на биологические, психические и социальные процессы.

Открытия в области химии, физической химии позволили сформулировать ряд принципов, утверждающих состояние динамического равновесия, исходя из которого предсказывались различные варианты эволюции систем. Позже, в рамках науки синергетики, появляются принципы управления любыми системами на основе отыскания так называемых управляющих параметров, с помощью которых можно достигать условий влияния на состояния этих систем. Появилось учение о точках революционных самопроизвольных изменений систем (бифуркации), в которых оказывается неравновесная система и спусковой механизм бифуркаций (триггер). Понятие неравновесности системы, как следствие борьбы между стремлением её к упорядоченности или хаотичности протекающих процессов внутри системы и влияние на неё внешних факторов, привело к учению о самоорганизации. То есть любая открытая и неравновесная система стремится к такому изменению, которое сводит к минимуму внешние нарушения.

Однако во всех этих явлениях и попытках найти универсализм опять-таки лежит известный принцип Ле Шателье – Брауна. Иногда его соотносят с одним именем Ле Шателье как «принцип наименьшего действия». Другими словами, любая система стремится выйти из преобразований с возможно меньшими потерями.

Более известная формулировка этого принципа заключается в следующем. Если на систему оказывается внешнее воздействие, то она либо противостоит этим изменениям (если у неё достаточно внутренней энергии противостоять этому воздействию), либо изменяет свое состояние и переходит в новое, устойчивое состояние (если внутренняя энергия системы не способна противостоять внешним воздействиям).

В экономической теории аналогом принципа динамического равновесия является, например, принцип Парето (парето-эффективность). Его смысл заключается в следующем. Экономическая эффективность хозяйственной системы – это состояние, при котором невозможно увеличить степень удовлетворения потребностей хотя бы одного человека, не ухудшая при этом положение другого члена общества. Заметим, что известные принципы и законы в естествознании переносятся на общественные без изменения их сущности, называя их по-другому. Но это не меняет их содержание, а только подтверждает действие закона (принципа) на разных уровнях организации объектов познания. Так американские экономисты Э. Долан и Д. Линдсей поясняют состояние Парето-эффективности так: если существует способ улучшить ваше положение, не нанося никому ущерба, то проходить мимо такой возможности бессмысленно, а точнее не эффективно. Таких сдедствий какого-либо принципа может быть сколько угодно.

Философской основой принципа динамического равновесия или наименьшего действия, иногда считают «бритву» Оккама, сформулированную в XIV в. Чаще всего её смысл сводится к тому, чтобы не множить сущностей без необходимости. Иногда его называют принципом экономии мышления. Или: если подойдет простое объяснение, то ни к чему искать сложное. То есть доказывать, избегая лишних сложностей. Искать более простые (не упрощённые!) решения проблем. «Тщетно делать с большим то, что можно сделать с меньшим». Этого принципа всю жизнь придерживается великий оружейник России (видимо, и человечества) М. Калашников, создатель самых простых, но эффективных и надёжных видов автоматического оружия.

Сегодня в соответствии с принципом экономии мышления критерий истинности всякого научного познания состоит в достижении максимума знаний с помощью минимума познавательных средств.

Принципы симметрии.

Симметрия – символ гармонии. Человек способен наделять природу изяществом и красотой, замечая в ней соразмерность всего, не замечая при этом главного, что эта красота зависит от состояния самого человека. Учёт этих состояний (голоден он или сыт, благодушен к окружающему или нет и т.д.). И это осознание сразу же привело к выводу о несоразмерности духа и наблюдаемой действительности, то есть отсутствия симметрии. Но гармония окружающего мира человека всегда воспринимается как соразмерность наблюдаемого, то есть симметрия, выражающаяся пропорциональностью, периодичностью повторяющихся явлений, состояний и т.д. Гармонию, как и симметрию, человек замечает не только в природе, но и в музыке, в архитектуре (золотое сечение), в живописи. Границы проникновения симметрии в материальный мир, пространство, время не существуют, поскольку на современном этапе развития науки принцип симметрии охватывает все новые и новые области научного знания и понимания устройства макро- и микромира. Симметрию, пропорции относят также к одним из основных закономерностей математического описания строения Вселенной. И вместе с тем не всё так просто...

Симметрия ( соразмерность) в широком смысле понятия означает инвариантность (неизменность) структуры, свойств, формы материального объекта относительно его преобразований (изменений ряда физических условий). Симметрия лежит в основе известных законов сохранения. В биологии симметрия означает закономерное расположение подобных (одинаковых) частей тела или форм живого организма, совокупности живых организмов относительно центра или оси симметрии.

С ростом степени симметрии более жестко ограничивается сфера действия законов природы. То есть, чем выше степень симметрии (больше число инвариантных типов преобразований), тем более жестко ограниченна сфера действия законов природы. При этом соответственно уменьшается количество информации, которое следует получить непосредственно из экспериментов (например, путем измерения фундаментальных постоянных), для применения этих законов. Однако предсказательная сила законов возрастает.

Наиболее полное определение симметрии было дано Г. Вейлем[163]. Объект является симметричным, если над ним можно произвести некоторые определенные операции, в результате которых он будет выглядеть так же, как и прежде. Или иначе: объект симметричен, если он обладает свойством инвариантности относительно некоторых типов преобразований.

В математике о гармонии чисел говорили еще пифагорийцы, которые переносили эту гармонию на устройство Мира, провозглашая принцип: число есть сущность всех вещей (иногда даже говорят, что числа правят миром). Гармонией «золотого сечения» владели греки, сотворив чудо архитектуры – Парфенон. Его современная разгадка показала, что учтённые греками пропорции архитектурных сооружений отвечали так называемому «золотому числу». Если разделить отрезок на две части a и b (а > b) так, чтобы выполнялась пропорция (а + b)/ a = a / b (деление линии в среднем и крайнем отношении), то относительно величины a/b нетрудно получить алгебраическое уравнение второй степени, корни которого равны: s = 1,6180339... ~() и – 1/s. Подобное деление было названо ещё Леонардо да Винчи «золотым сечением».

В геометрии симметрия представляет собой свойство геометрических фигур. Например, если две точки, лежащие на одном перпендикуляре к данной плоскости или прямой по разные стороны и на одинаковом расстоянии от нее, то говорят о том, что они расположены симметрично относительно этой плоскости или этой прямой. Если мы имеем дело с конкретной плоской или пространственной фигурой, то она симметрична относительно прямой, называемой осью симметрии или плоскостью симметрии при условии, что ее точки попарно обладают указанным свойством. Фигура симметрична относительно точки, называемой центром симметрии, если ее точки попарно лежат на прямых, проходящих через центр симметрии, по разные стороны и на равных расстояниях от него.

Пространственная симметрия. Смысл пространственной симметрии заключается в том, что поскольку пространство обладает однородностью и изотропностью, то физические явления, при сохранении внешних условий, протекают одинаково в двух системах координат, сдвинутых параллельно друг относительно друга или повернутых одна относительно другой около любой оси.

Симметрия волновой функции[164] выражает зависимость волновой функции системы тождественных частиц от перестановки местами пары таких частиц. При перестановке частиц с целым спином волновая функция не изменяется (симметрична), а с полуцелым спином волновая функция меняет знак.

Волновая функция в квантовой механике – величина, полностью описывающая состояние микрообъекта любой квантовой системы, например, электрона, протона, атома, молекулы кристалла.

Обращение времени, как выражение симметрии. Это математическая операция замены знака времени в уравнениях движения, описывающих развитие во времени какой-либо физической системы. Такая замена отвечает определённой симметрии, существующей в природе. А именно, все фундаментальные взаимодействия элементарных частиц обладают свойством Т-инвариантности (замена t на — t) не меняет вида уравнений движения. Это означает, что наряду с любым возможным движением системы в природе может осуществляться обращенное во времени движение, когда система последовательно проходит в обратном порядке состояния, симметричные состояниям, проходимым в «прямом» движении. Такие симметричные по времени состояния отличаются противоположными направлениями скоростей и проекций спинов всех частиц и магнитного поля. Т-инвариантность приводит к определённым соотношениям между вероятностями прямых и обратных реакций, к запрету некоторых состояний поляризации частиц в реакциях, к равенству нулю электрическогодипольного момента элементарных частиц и т.д.

Симметрия СРТ-теоремы. Состоит в том, что процессы в природе не меняются (симметричны) при одновременном проведении преобразований. Согласно СРТ-теореме уравнения теории инвариантны относительно СРТ-преобразования, то есть не меняют своего вида, если одновременно провести три преобразования: зарядовое сопряжение С (замена частиц античастицами), пространственную инверсию (зеркальное отражение) Р (замена координат r на – r) и обращение времени Т (замена времени t на – t). Из СРТ-теоремы, например, следует, что массы и время жизни частицы и античастицы равны; электрические заряды и магнитные моменты частицы и античастицы отличаются только знаком; взаимодействие частицы и античастицы с гравитационным полем одинаково, что говорит о невозможности проявления антигравитации; в тех случаях, когда взаимодействие частиц в конечном состоянии пренебрежимо мало, энергетические спектры и угловые распределения продуктов распадов для частиц и античастиц одинаковы, а проекции спинов противоположны.

Уверенность в том, что законы природы симметричны (одинаковы) относительно каждого из преобразований С, Р и Т в отдельности[165], поколебалась в 1956 г с открытием несохранения пространств, четности в слабых взаимодействиях. Л. Д. Ландау и независимо Ли Цзун-дао и Ян Чжэнь-нин высказали гипотезу о том, что любые взаимодействия в природе инвариантны относительно комбинированной инверсии. Электромагнитные и сильные взаимодействия одинаковы для любой исходной системы и системы, полученной при преобразованиях С и Р в отдельности, поэтому они не меняются и при калибровочной инверсии (СР). Слабые взаимодействия меняются при операциях С и Р, но одинаковы для систем, полученных одна из другой преобразованием СР. Например, распад частиц под влиянием слабого взаимодействия выглядит как зеркальное изображение распада соответствующих античастиц. Если частица или система частиц абсолютно нейтральна (то есть имеет нулевые значения электрического и барионного заряда, лептонного заряда и странности), то при калибровочной инверсии ей соответствует та же частица или система из тех же частиц.

Таким образом, открытие нарушений Р- и С- инвариантности, так же, как и открытие в 1964 г. нарушения СР-инвариантности (комбинированной инверсии) почти не затронуло теоретический аппарат физики, который оказался способным включить в себя эти открытия естественным образом, без нарушения фундаментальных принципов теории.

Законы сохранения и симметрия. Законы Природы обладают симметрией, если они допускают осуществление над ними некоторых операций, в результате которых они в точности сохраняет свой вид.

Установлено, что каждый закон сохранения связан с какой-либо симметрией в окружающем нас мире (теорема Эмми Нетер, доказавшая её в 1918 г). Её суть заключается в следующем: если свойства системы не меняются при каком-либо преобразовании переменных, то этому соответствует сохранение некоторой физической величины.

Так, например, в условиях переносной симметрии законы физики локально одинаковы в различных точках пространства. То есть если аналогичные эксперименты провести в различных точках пространства, то они приведут к одинаковым результатам. Такая пространственная симметрия распространяется на силу гравитационного взаимодействия, например, между планетой и звездой, относительно которой обращается планета. Сила зависит только от расстояния между центрами масс, но не зависит от их конкретного местоположения. Если бы мы могли переместить систему звезды и планеты на одинаковые расстояния в какое-либо другое пространство галактики, закон взаимодействия этих тел будет выполняться в точности также как и в исходном положении. Таким образом, законы, управляющие какими-то явлениями, остаются неизменными, если все объекты, которые этим законам подчиняются, переместить на одинаковые расстояния.

Законы, которым подчиняются ядерные силы, отвечают изотопической симметрии. Они остаются инвариантными, если поменять все нейтроны на протоны в ядрах атомов и наоборот. Хотя протоны и нейтроны, и различаются электрическим зарядом, но имеют близкие массы и один и тот же собственный момент (спин).

Чем выше степень симметрии, тем больше может быть предсказательная сила законов Природы. Но чем выше симметрия (большее число инвариантных типов преобразований), тем более ограничена сфера действия таких законов. При этом соответственно уменьшается количество информации, которое следует получить непосредственно из экспериментов (например, путем измерения фундаментальных постоянных), для применения этих законов.

Законы сохранения являются результатом обобщения экспериментальных наблюдений. Часть из них была открыта в результате того, что реакции или распады, разрешенные всеми ранее известными законами сохранения, не наблюдались или оказывались сильно подавленными. Так были открыты законы сохранения барионного, лептонных зарядов, странности, чарма и другие. Закон сохранения энергии соответствует однородности времени, а закон сохранения импульса, согласно которому полный импульс изолированной системы не изменяется во времени, соответствует – однородности пространства; закон сохранения момента импульса – изотропии пространства; закон сохранения электрического заряда – калибровочной симметрии и т.д.

Принципы симметриитесно связаны с законами сохранения физических величин – утверждениями, согласно которым численные значения некоторых физических величин не изменяются со временем в любых процессах или в определенных классах процессов. Фактически во многих случаях законы сохранения просто вытекают из принципов симметрии. Так, основатель тектологии – учения о типах и закономерностях строения и развития систем – А.А. Богданов сформулировал закон сохранения организации, который вытекал из логики мирового развития и подтверждался всем опытом развития природы и общества.

Симметрия – как символ красоты, изящности и пропорции применим только исключительно в рамках искусства. В наблюдаемом мире симметрия это только признак соразмерности, на основе которого можно получить новые сведения о мире, который нам не доступен в конкретный момент познания. Но может быть выявлен в рамках представлений о симметрии. Действительный мир на самом деле не симметричен в силу непрерывности движения и изменений, происходящих в нём. Это заметил ещё Л. Пастер, обнаружив диссимметрию живого вещества, полярность и энантиоморфность времени и пространства в живой природе. Известна асимметрия структур, несущих наследственную информацию и принцип необходимого разнообразия У. Эшби, принцип локальной калибровочной симметрии, который служит для построения единой теории всех взаимодействий.

Существуют и другие принципы научного познания (причинно-следственные отношения в рамках детерминизма), принципы системного подхода к анализу объектов исследования, принцип последовательного приближения к полноте изучаемого объекта и т.д. Они формируются в процессе непрерывного познания человеком окружающего мира и себя в нём.

Темы докладов и рефератов

1. В чём состоит разница представлений о Природе как сущности и природе, как объекте восприятия и объекте пользования?

2. Каковы уровни организации структуры окружающего нас действительного мира?

3. Что Вы понимаете под частными, общими и всеобщими законами Природы?

4. Изменчивы ли законы Природы, изменчива ли сама Природа?

5. Покажите на примере возможность использования конкретного научного принципа в различных отраслях естественнонаучного знания.