Мировоззренческие проблемы физической науки, наследуемые XXI веком
Р. Е. РОВИНСКИЙ
Выдающиеся научные открытия, сделанные главным образом во второй половине XX в., принципиально меняют мировоззренческие представления о Вселенной. Возникли проблемы, решить которые при существующем уровне научного знания вряд ли удастся в короткие сроки.
Ньютоновское мировоззрение сложилось представлениями, вытекающими из математической модели протекающих в природе динамических процессов. Математическая модель имела важное следствие - обратимость динамических законов, что означало равноправность движения во времени как от прошлого в будущее, так и из будущего в прошлое. Лаплас, верный последователь Ньютона, на основе этого следствия породил лапласовский детерминизм, согласно которому все предопределено, и в мире нет места для появления чего-либо нового, решительно отрицает возможность существования необратимых процессов, существование "стрелы времени", определяющей единственно возможное движение системы во времени только от прошлого в будущее, отрицает процессы развития в мире. Именно такие мировоззренческие представления стали неприемлемыми в XX в.
Новое мировоззрение начало формироваться в результате того, что основными объектами исследований во всех научных дисциплинах стали открытые развивающиеся системы, находящиеся в состояниях сильной неравновесности относительно окружающей среды. Оказалось, что необратимость и неравновесность изучаемых открытых систем обеспечивает в определенных условиях протекание скачкообразных переходов в качественно новые состояния, в том числе и в состояния с более высоким уровнем упорядоченности, чем в исходном состоянии систем [1]. Проявление не только деструктивных, но и созидательных переходов в качественно новые состояния породило понятие самоорганизации материи, ставшее основой формирующегося научного мировоззрения.
Существование созидательных тенденций признавалось и раньше, но лишь в 70-х годах были открыты механизмы, обеспечивающие реализацию в развивающихся системах созидательных переходов. Особенностью всех таких механизмов стало то, что ранее наука не подозревала: в развивающейся системе, состоящей из многих элементов любой природы при соответствующих условиях внезапно возникает коллективное, коге-
© Ровинский Р.Е., 2008 г.
рентное взаимодействие элементов, переводящее систему на более высокий уровень упорядоченности. Необходимое, но недостаточное условие - приток в систему нужной энергии. Все такие механизмы объединяются в понятии самоорганизации, проявляющей себя как движущая сила созидательной тенденции в развитии открытых неравновесных систем.
Приведу некоторые примеры подобных механизмов. Например, гигантская коллективная флуктуация способна породить в вязкой жидкости, подогреваемой снизу до температуры, превышающей пороговое значение, внезапное объединение миллиардов молекул, до этого участвовавших в хаотических взаимодействиях, в когерентный коллектив регулярных замкнутых потоков, образующих сверху систему шестиугольных ячеек Бенара.
На микроуровне среди возбужденных частиц создается искусственный процесс коллективного их перевода в состояние, при котором начинает господствовать вынужденное излучение. Тогда на определенной длине волны возникает хорошо организованное лазерное излучение, отличающееся от неорганизованного спонтанного излучения. Необходимое требование - приток специально организованной энергии, превышающей пороговое значение, называемой накачкой лазера.
У всех земных организмов протекает коллективный процесс направленного их развития во времени. Процесс во всех случаях обеспечивается присутствием внутри организма генного аппарата, содержащего необходимую информацию о его биологическом развитии. Особенность такого механизма самоорганизации состоит в присутствии у организма программы развития, передаваемой по наследству от родителей последующим поколениям. Такой механизм дополняется совместно с ним протекающими процессами коллективных взаимодействий элементов. Например, у многоклеточных организмов таким путем протекают процессы дифференциации клеток в зависимости от их пространственного расположения, что обеспечивает формирование конкретных органов в нужных местах организма.
Новое мировоззрение породило необходимость изучать процессы перехода развивающихся систем в качественно новые состояния, в том числе и с участием самоорганизации. Так возникло междисциплинарное научное направление, призванное исследовать процессы образования, поддержания и распада структур в системах, природа которых изучается в различных научных дисциплинах. Новое научное направление, основанное работами Г. Хакена и И. Пригожина, получило условное наименование синергетика. Как выразился биофизик М.В. Волькенштейн, "Синергетика - это новое мировоззрение, отличное от ньютоновского мировоззрения". Пока в его рамках не завершилось ожидаемое создание универсальной теории протекания переходных процессов, тем не менее, оно уже теперь считается выразителем нового мировоззрения [2].
Два важнейших астрономических открытия конца прошлого века положили начало кардинальному изменению прежних научных представлений о Вселенной. Первое открытие имеет определенную предысторию. В начале XIX в. философ-диалектик Гегель объявил теорию всемирного тяготения Ньютона ошибочной, поскольку в природе существуют противоположности: гравитационному притяжению должно противостоять гравитационное отталкивание. В пользу таких утверждений говорило то, что в рамках принятой в те годы модели стационарной Вселенной присутствие только сил притяжения неизбежно привело бы всё вещество к стягиванию "в точку". Однако наличие притяжения подтверждалось экспериментально, а отталкивание тел без их прямого контакта никто не наблюдал. В те, да и в последующие годы, возражения Гегеля не получили признания. И только другой выдающийся философ-диалектик середины XIX в. Ф. Энгельс в капитальной работе "Диалектика природы" полностью поддержал гегелевские утверждения о существовании в природе гравитации единства двух противоположностей [3].
В 1917 г. А. Эйнштейн вплотную столкнулся с этой проблемой при попытке создать на базе общей теории относительности (ОТО) математическое описание состоя-
5 Вопросы философии, № 3
129
ний стационарной Вселенной. Присутствие в мире только сил гравитационного притяжения создавало нерешаемую проблему совмещения стационарности с однополярно-стью таких сил. Ему пришлось ввести допущение о существовании гравитационных сил отталкивания, действие которых распространяется на всю Вселенную, в целом уравновешивая силы притяжения. Но в каждом локальном ее участке силы отталкивания несоизмеримо меньше сил притяжения. Сила гравитационного отталкивания, в отличие от силы гравитационного притяжения, растет пропорционально расстоянию до удаленного объекта. Поэтому лишь на периферии Вселенной эта сила начинает заметно выделяться на фоне сил притяжения. Теоретики объявили источником гравитационного отталкивания физический вакуум, получивший название антигравитирую-щего вакуума. Произошло фактическое признание того, что гравитация - не столько внутреннее свойство тел, она в большей мере результат внешнего энергетического воздействия, производимого физическим вакуумом за счет своих внутренних свойств.
Окончательное решение проблемы о существовании в природе сил гравитационного отталкивания было получено экспериментально в самом конце XX в. [4]. Две группы исследователей независимо друг от друга обнаружили, что периферийные галактики движутся не с замедлением, как ожидалось, а с ускорением. Такое может происходить только при наличии сил гравитационного отталкивания, которые слабо проявляют себя на меньших расстояниях, но выявляются именно на периферии, на удалениях порядка миллиардов световых лет. Это открытие имеет глобальное значение для космологии, особенно совместно с теми результатами, которые получены при открытии господствующей в нашем мире субстанции по имени "темная энергия".
Обнаружение господствующей во Вселенной темной энергии явилось вторым важнейшим астрономическим открытием второй половины прошлого века [4]. Наука столкнулась с ситуацией, которую невозможно игнорировать, но пока она не в состоянии ее разрешить. До сих пор астрономия в основном изучала вещественную часть Вселенной, ту ее часть, основу которой составляют три класса элементарных частиц: кварки, лептоны и бозоны. Однако неожиданно выяснилось, что вещество - это небольшая часть Вселенной, всего порядка 5% ее тяготеющей массы. А 95% тяготеющей массы Вселенной составляет темная материя, которая пока ничем себя не проявляет, кроме как гравитацией. Эти открытия становятся центральным событием назревающей в физике научной революции XXI в.
Поскольку природа темной энергии и характер ее взаимодействия с веществом пока остаются неизвестными, ограничимся рассмотрением того, что сегодня можно считать вполне допустимыми предположениями. Предполагается, что по крайней мере часть неизвестной субстанции все-таки является вещественной, но скрытой от наблюдательных возможностей. Именно такую ее часть в литературе называют "темной материей", хотя правильнее было бы ее назвать "темным веществом". Тяготеющая масса "темной материи" оценивается примерно в 20%. Но даже если выяснится вещественная природа темной материи, что пока не гарантируется, остается не менее 75% субстанции явно невещественной природы. Эта субстанция получила название темной энергии.
Возникает предположение, что природа темной энергии отлична от вещественной, поскольку в ней не присутствуют элементарные частицы вещества. Это не должно нас удивлять, ведь давно изучаемая субстанция, названная физическим вакуумом, также проявляет признаки невещественной природы, что позволяет говорить о том, что в нашем мире различаются две формы материи: вещество и физический вакуум как более тонкая форма материи. Наблюдаемые сегодня свойства темной энергии позволяют предполагать, что эта субстанция относится к той же форме материи, что и физический вакуум. Допустимы и обобщающие предположения, что темная эне
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.