Владимиров Ю.С. Между физикой и метафизикой.
Книга 3: Геометрическая парадигма: испытание временем. №18. Кн.3. Изд. стереотип.

Содержание

Предисловие

Серия книг под общим названием "Между физикой и метафизикой" – итог многолетних размышлений физика-теоретика о фундаментальных проблемах, издавна стоявших перед наукой, включая вопросы, которые традиционно входили в сферу религии и философии, а сегодня рассматриваются теоретической физикой. Словом, в них речь идет о природе пространства-времени, о его ключевых свойствах (размерности, метрике, сигнатуре и т.д.), о гипотезах происхождения и эволюции мира, о построении единой теории взаимодействий, о соотношении науки, философии и религии.

Современная фундаментальная теоретическая физика, как уже отмечалось в предыдущих выпусках все более приближается к метафизике. XX век – это не только эпоха становления и развития принципов общей теории относительности и квантовой теории. Во второй половине минувшего столетия активизировался поиск новых идей и подходов, призванных совместить принципы физики макро- и микромира, объединить известные виды фундаментальных физических взаимодействий и тем самым развить, а может быть, и заменить сложившуюся физическую картину мира.

Настоящее издание представляет собой, с одной стороны, авторское изложение процесса развития фундаментальной теоретической физики, а с другой – метафизический анализ ее проблематики.

Напомним, что первая из четырех книг этой серии охватывает период с начала прошлого века до 60-x годов. Основное внимание в ней сфокусировано на проблеме несоответствия принципов фундаментальной теоретической физики основным положениям марксистско-ленинского диалектического материализма. Это и определило ее название – "Диамату вопреки". Принимая диалектику Гегеля и материалистическую философию (как одну из трех сторон философии), автор считает их марксистско-ленинскую трактовку противоречащей принципам метафизики.

Во второй книге "По пути Клиффорда–Эйнштейна" речь идет о развитии эйнштейновской теории гравитации после официального признания ее важности в Советском Союзе. Первоначально предполагалось, что в ней найдет отражение период с 60-x до начала 90-x годов. Но, следуя рекомендации издательства, большой по объему материал был разбит на две части. В результате вторая книга охватила период с 60-x до начала 70-x годов. В ней речь шла о том, как себе представляли геометрическую картину мира классики Вильям Клиффорд, Давид Гильберт, Альберт Эйнштейн и другие, сформировавшие это направление, описан всплеск интереса во всем мире к геометрической парадигме, показаны надежды и ожидания ведущих теоретиков, а также то, во что вылились их исследования в 60–70-е годы.

Настоящая – третья – книга "Геометрическая парадигма: испытание временем" представляет собой рассказ о развитии геометрических идей в 70–80-е годы. Здесь рассматриваются попытки выхода за пределы парадигмы Клиффорда–Эйнштейна и описывается деятельность секции гравитации научно-технического совета Минвуза СССР, координировавшей исследования в этой области в масштабах всей страны, ее упразднение и создание Всесоюзного (с 1991 года – Российского) гравитационного общества. Стремясь к объективному изложению событий, автор тем не менее оставляет за собой право на их интерпретацию, поскольку ему пришлось выполнять функции ученого секретаря, а затем заместителя председателя секции гравитации научно-технического совета Минвуза СССР.

Четвертая книга – "Вслед за Лейбницем и Махом" – посвящена развитию идей концепции дальнодействия и реляционного подхода к геометрии и физике, сформулированных главным образом в трудах Г.Лейбница и Э.Маха. В XX веке в русле этого направления работали А.Фоккер, Р.Фейнман, Я.И.Френкель, Ф.Хойл и другие.

В заключение хотелось бы поблагодарить рецензента – доктора физ.Нмат. наук профессора Вл.П.Визгина за сделанные им замечания. Особую благодарность приношу редактору книги доктору филологических наук, профессору Т.Е.Владимировой за проделанную работу, которая способствовала улучшению книги.

Введение

В развитии любого раздела науки, в том числе и учения о пространстве и времени, имеются периоды затишья, когда кажется, что не происходит ничего принципиально нового. Однако параллельно с накоплением отдельных фактов формируются новые представления, выдвигаются нестандартные идеи, приводящие к очередному коренному изменению представлений об окружающем мире.

Отмечавшиеся в 70-е годы юбилейные даты по случаю 500-летия со дня рождения Н.Коперника (1473–1543), 150-летия со времени открытия Н.И.Лобачевским (1792–1856) первой неевклидовой геометрии (1826), а потом 100-летия со дня рождения А.Эйнштейна (1879–1955) настраивали на глобальный анализ истории развития представлений о пространстве и времени за последние четыре с лишним столетия. Вырисовывалась любопытная картина. Оказалось, что выдвижение принципиально новых идей образует некие циклы с периодом порядка в 77–80 лет. В качестве таких условных вех можно выделить следующие:

1520, 1597, 1674, 1751, 1828, 1905..

Коротко остановимся на открытиях метафизического характера в развитии учения о пространстве и времени, которые были сделаны в окрестности этих лет.

1520 г. В 1515 году был написан труд Николая Коперника "Малый комментарий о гипотезах, относящихся к небесным движениям", где были впервые изложены основные положения гелиоцентрической системы. В 1524 году в трактате-письме к Бернарду Вановскому они были дополнены новыми соображениями. Все это затем было систематизировано и развито в знаменитой работе "О вращениях небесных сфер", вышедшей в год смерти Н.Коперника (1543).

Творчество Николая Коперника нельзя рассматривать изолировано от общего подъема в науке, технике и искусстве эпохи Возрождения. Коперник писал, что подтверждение гелиоцентрической системы "не будет простым делом, как могло бы показаться на первый взгляд... Ее влияние не ограничится физикой. Она приведет к переоценке ценностей и взаимоотношений различных категорий; она изменит взгляд на цели творения. Тем самым она произведет переворот также и в метафизике и вообще во всех областях, соприкасающихся с умозрительной стороной знания. Отсюда следует, что люди, если сумеют или захотят рассуждать здраво, окажутся совсем в другом положении, чем они были до сих пор или воображали, что были".

В 1973 году во всем мире праздновалось 500-летие со дня рождения Николая Коперника. Эта дата отмечалась и в СССР. При активном участии секции гравитации с 12 по 15 февраля 1973 года в Киеве была проведена философская конференция, посвященная этой дате. В ней приняли участие многие видные отечественные философы и физики-гравитационисты: М.Ф.Широков, Д.Д.Иваненко, А.Е.Левашев, В.И.Родичев, Н.В.Мицкевич и многие другие. На конференции состоялось обстоятельное обсуждение влияния идей Коперника на развитие естественнонаучных и философских представлений об окружающем нас мире.

1597 г. Общеизвестно, что в 1600 году после 7-летнего заключения был сожжен на костре инквизиции Джордано Бруно (1548–1600), который в своих выводах пошел дальше Н.Коперника. Он уже не признавал Солнце центром Вселенной, а считал его лишь одной из множества звезд. Как писал М.Лауэ, "Коперник еще придерживался взгляда, который нам так трудно понять, что за сферой неподвижных звезд ничего нет. От этого взгляда освободился лишь сильный противник Аристотеля – Джордано Бруно (род в 1548 г.), который в 1600 году был подвергнут в Риме сожжению за учение о бесконечном множестве миров, за свое выступление в пользу Коперника и т.п. "ереси"".

Кроме того, к этому времени относятся основные открытия Иоганна Кеплера (1571–1630). Так, в 1596 году вышла его первая научная работа "Космографическая тайна", в которой был начат поиск числовых закономерностей в орбитах планет Солнечной системы. Дальнейшая деятельность ученого в этом направлении привела к открытию в 1602 году второго закона движения планет (площади, описываемые радиус-векторами "планет-Солнце" в равные промежутки времени, равны между собой). В 1605 году Кеплер открыл закон, названный впоследствии первым (Солнце находится в фокусе эллиптических орбит). Эти идеи были опубликованы Кеплером в 1609 году в его главном труде "Новая астрономия или небесная физика".

К сказанному следует добавить, что в 1590 году были начаты наблюдения Галилея над падением тел с Пизанской башни. В результате было установлено, что все тела в гравитационном поле Земли приобретают ускорения, зависящие лишь от места, где они находятся, но не от их собственных свойств. Этот факт мог натолкнуть на мысль, что гравитационное взаимодействие описывается свойствами самого пространства. Однако пространство и время считались тогда однородными (одинаковыми во всех точках) и это не позволяло развить представления, реализованные позднее в общей теории относительности.

1674 г. Ньютон (1643–1727), по мнению ряда авторов, пришел к закону всемирного тяготения и к основным идеям в области механики где-то в районе 1667–1670 годов. Известно и его собственное высказывание об открытых законах: "Причину этих свойств силы тяготения я до сих пор не мог вывести из явлений, гипотез же я не измышляю (hypotheses non fingo). Все же, что не выводится из явлений, должно называться гипотезой, гипотезам же метафизическим, физическим, механическим, скрытым свойствам не место в экспериментальной философии. В такой философии предложения выводятся из явлений и обобщаются с помощью индукции. Так были изучены непроницаемость, подвижность и напор (импето) тел, законы движения и тяготение. Довольно того, что тяготение на самом деле существует и действует согласно изложенным нами законам и вполне достаточно для объяснения всех движений небесных тел и моря".

Независимо от Ньютона в это время к открытию закона всемирного тяготения вплотную подошли Р.Гук (1635–1703) и Х.Гюйгенс (1629–1695). Так, в 1674 году Гук опубликовал этюд о движении Земли, в котором качественно формулировал элементы закона, полагая однако, что силы убывают обратно пропорционально расстоянию. В 1680 году Гук в письме к Ньютону уже указывает правильный закон – убывание сил обратно пропорционально квадрату расстояния. Ньютон же лишь в 1686 году представил в Королевское общество рукопись "Математических начал натуральной философии", где сформулирован закон всемирного тяготения. Гук сразу же потребовал признания своего приоритета, однако Ньютон заявил, что этот закон был открыт им 20 лет назад и что об этом он уже сообщал в письме к Гюйгенсу через секретаря Королевского общества Ольденбурга. Как бы то ни было на самом деле, ясно одно: в 70-е годы семнадцатого века время созрело для открытия закона всемирного тяготения.

1751 г. На сороковые годы восемнадцатого столетия приходятся пионерские работы по созданию аналитической механики. В эти годы был сформулирован принцип наименьшего действия, были сделаны работа Ж.Б.Даламбера (1717–1783) "Трактат по динамике" (1743) и доклады П.А.М.Мопертюи (1698–1759) "Согласование различных законов природы, которые до сих пор казались несовместимыми" (1740, 1744). Комментируя эти доклады, историк физики Марио Льоци пишет: "В противовес Ферма он хочет найти в природе другой принцип экономии, совместимый с ньютоновским законом сохранения. И интересно, что это ему удалось, причем с помощью чисто метафизических рассуждений. Почему при преломлении света, раз уж он идет по кратчайшей линии – по прямой, он должен идти по быстрейшему пути? Почему время должно иметь преимущество перед пространством? Нет, свет идет ни по кратчайшему, ни по быстрейшему пути. "Он выбирает путь, дающий более реальную экономию: путь, по которому он следует, – это путь, на котором величина действия минимальна". А под количеством действия Мопертюи понимал произведение количества движения тела на пройденный им путь...

За провозглашением этого принципа последовала полемика, в которой поднимались не столько физические, сколько метафизические вопросы (конечная причина, существование Бога). Начата она была Самуэлем Кенигом (1712–1757), в ней приняли участие (как противники Мопертюи) Вольтер, Мальбранш, Вольф и другие. Между прочим, оспаривался приоритет, автором принципа наименьшего действия считали Эйлера (1707–1783). Но сам Эйлер отрицал это, хотя именно благодаря ему принцип наименьшего действия, очищенный от метафизики, стал применяться на практике".

Следует напомнить, что принцип наименьшего (точнее, экстремального) действия играет ключевую роль в современной физике, причем в теориях всех метафизических парадигм. Он широко используется в теоретико-полевой парадигме, где, как правило, начинают с записи лагранжинана или действия систем, из которых затем вариационным методом находятся уравнения движения как классических, так и квантовых систем. Принцип экстремального действия лежит в основе реляционной парадигмы, где он именуется принципом Фоккера. В геометрической парадигме вариационный принцип был применен Д.Гильбертом для вывода уравнений Эйнштейна. На его основе выводятся также уравнения геодезических линий в искривленном пространстве-времени.

1828 г. 11 (23) февраля 1826 года на заседании Отделения физико-математических наук Казанского университета Н.И.Лобачевский сделал знаменитый доклад "О началах геометрии", ознаменовавший создание первой неевклидовой геометрии. Этот труд был опубликован в 1829 году. Несколько позже, в 1835 году, в статье "Новые начала геометрии с полной теорией параллельных" он писал: "Всем известно, что в Геометрии теория параллельных до сих пор оставалась несовершенной. Напрасное старание со времен Евклида, в продолжении двух тысяч лет, заставили меня подозревать, что в самых понятиях еще не заключается той истины, которую хотели доказывать и которую проверить, подобно другим физическим законам, могут лишь опыты, каковы, например, Астрономические наблюдения... Главное заключение, к которому пришел я с предположением зависимости линий от углов, допускает существование Геометрии более в обширном смысле, нежели как ее представил нам первый Евклид. В этом пространном виде дал я науке название Воображаемая Геометрия, где как частный случай входит Употребительная Геометрия с тем ограничением в общем положении, какого требуют измерения на самом деле".

Независимо от Лобачевского, но немного позже к открытию этой геометрии пришел венгерский математик Янош Бояи (1802–1860). (Апендикс Я.Бояи к книге его отца Фаркаша Бояи был опубликован в 1832 году.) К этим же идеям пришел и немецкий математик К.Ф.Гаусс (1777–1855). Общеизвестны драматические события, связанные с этим открытием, и боязнь Гаусса публично выступить с идеями гиперболической геометрии. Но из его писем и бумаг следует, что в 20-х годах ему были уже известны основные формулы гиперболической геометрии. Примечательно, что Лобачевский не ограничился математическими аспектами своего открытия и первым четко поставил вопрос: Какой геометрией описывается реальное физическое пространство? В поисках ответа им были даже предприняты астрономические наблюдения.

150-летию со дня доклада Н.И.Лобачевского "О началах геометрии" была посвящена 4-я советская гравитационная конференция "Современные теоретические и экспериментальные проблемы теории относительности и гравитации", проходившая с 1 по 3 июля 1976 года в Минске на базе Белорусского государственного университета. (См. об этом во второй главе этой книги.)

1905 г. Начало XX века – важнейшая веха в истории человечества, связанная с открытием специальной теории относительности в работах Г.А.Лоренца (1853–1928), А.Пуанкаре (1854–1912), А.Эйнштейна (1879–1955) и Г.Минковского (1864–1909). Выступая в 1908 году на 80-м собрании немецких естествоиспытателей и врачей в Келне, Минковский заявил: "Милостивые господа! Воззрения на пространство и время, которые я намерен перед вами развить, возникли на экспериментально-физической основе. В этом их сила. Их тенденция радикальна. Отныне пространство само по себе и время само по себе должны обратиться в фикции и лишь некоторый вид соединения обоих должен сохранить самостоятельность".

Создание специальной теории относительности датируется публикацией работы А.Эйнштейна "К электродинамике движущихся тел" (1905 г.).

К этому же циклу следует отнести первые публикации по квантовой теории М.Планка, А.Эйнштейна, Н.Бора и других, а также и само создание общей теории относительности (1913–1916) А.Эйнштейном.

Во всем мире, в частности, в нашей стране широко отмечалось 100-летие со дня рождения А.Эйнштейна. К этой дате были приурочены выпуски юбилейных сборников работ, в которых анализировались принципы общей теории относительности, их значение в становлении современной физической картины мира, а также их дальнейшее развитие за истекший период. (См. об этом в четвертой главе этой книги.)

Разумеется, приведенную выше цепочку важных событий в истории физики не следует воспринимать как строгую хронологию возникновения фундаментальных идей. Но нельзя не заметить, что они заявляли о себе где-то вблизи этих лет с некоторым разбросом в 8–10 лет, поэтому начальная фаза этих циклов, т.е. указанные годы, может быть смещена в ту или иную сторону.

Но есть ли какие-либо объяснения отмеченной периодичности? Неоднократно высказывались соображения, основанные на идеях А.Л.Чижевского о связи максимумов солнечной активности с рядом явлений на Земле, в частности, с подъемами в развитии науки. Как известно, солнечная активность характеризуется числами Вольфа. В XX веке достаточно хорошо прослеживается связь активизации научных исследований с примерно 11-летним полупериодом солнечной активности. Однако в литературе отмечалось наличие наряду с 22-летним периодом еще 80-летней периодичности изменения активности Солнца.

Феномен Чижевского, безусловно, заслуживает пристального внимания и дополнительных исследований. Не погружаясь здесь в обсуждение этой проблемы, отметим следующее. Если справедлива названная 77-летняя периодичность в изменении представлений о пространстве, времени и тяготении, то очередное появление новых идей следовало ожидать где-то в окрестности 1982 года. Что же происходило в мировой и отечественной фундаментальной теоретической физике в это время?

В шестой главе "ОТО: что же дальше?" проанализированы идеи, доминировавшие в те годы и предпринята попытка выявить ростки принципиально новых подходов, которые могли бы развить или даже заменить принципы геометрической парадигмы.

Следует еще раз подчеркнуть, что в окрестностях всех выделенных вех происходили открытия метафизического характера. В первой из книг данной серии говорилось о метафизических принципах, проявившихся в фундаментальной теоретической физике XX века, и о наличии нескольких метафизических парадигм. В частности, отмечалось, что в минувшем веке главные исследования велись в рамках трех дуалистических метафизических парадигм: теоретико-полевой (доминирующей), геометрической и реляционной (наиболее слабо представленной).

Легко убедиться, что последние 4 периода были тесно связаны с формированием названных парадигм. Так, в окрестности 1674 года в работах Ньютона, а также других физиков и естествоиспытателей того времени сложилась триалистическая парадигма, согласно которой физическая картина мира строится на трех категориях: 1) пространстве и времени, 2) телах (частицах) и 3) полях (силах). В тот же период закладывались основания дуалистических парадигм. В работах Лейбница проявились основания реляционной парадигмы, а в трудах Гюйгенса и других можно разглядеть черты теоретико-полевой парадигмы.

В окрестности следующей названной даты, – 1751 года, – был сформулирован принцип наименьшего (экстремального) действия, положенный познее в виде принципа Фоккера в основание концепции прямого межчастичного взаимодействия, т.е. реляционной парадигмы.

Как уже отмечалось, в окрестности 1828 года в работах Н.И.Лобачевского, К.Гаусса и Я.Бояи была открыта первая неевклидова геометрия, послужившая началом для построения в следующем периоде геометрической парадигмы.

В окрестности 1905 года, во-первых, была открыта специальная теория относительности. При наличии уже достаточно развитой дифференциальной геометрии это неизбежно должно было привести к созданию общей теории относительности, а вместе с ней и к формированию всей геометрической парадигмы. Во-вторых, вблизи названной даты начала создаваться квантовая механика, т.е. началось формирование второй дуалистической парадигмы – теоретико-полевой.

Если продолжить анализ названной закономерности, то нужно обратиться к идеям, выдвигавшимся в окрестности 1982 года и, прежде всего, к идеям парадигмального характера. К этому времени теоретико-полевая парадигма была доминирующей уже почти сто лет, а геометрическая тоже развивалась достаточно продолжительное время. Заложенные в них возможности в значительной степени были уже выработаны. Исходя из этого, следовало обратить внимание на исследования в рамках третьей дуалистической парадигмы, – реляционной, – оказавшейся в минувшем столетии на обочине мирового развития фундаментальной теоретической физики.

Приступая к анализу исследований в рамках геометрической парадигмы в окрестности 1982 года, следует сразу же отметить, что в жизни отечественного гравитационного сообщества 70–80-е годы были беспокойными. Разгоравшиеся дискуссии и конфликтные ситуации были обусловлены как субъективными факторами (честолюбивыми помыслами), так и попытками заменить идеи эйнштейновской общей теории относительности и вообще всей геометрической парадигмы на некие иные. Об одном из наиболее прямолинейных и настойчивых посягательств на идеи общей теории относительности речь идет в пятой главе этой книги.

В нашей стране развитие данного направления фундаментальной теоретической физики существенно осложнялось политическими факторами, а также резкой сменой поколений. В эти годы ушли из жизни практически все ведущие физики-гравитационисты 50–70-х годов. Образовавшийся разрыв в возрасте уходящего и пришедшего ему на смену поколений привел к выдвижению на первый план теоретиков из других разделов фундаментальной физики, воспитанных на идеях теоретико-полевой, а не геометрической парадигмы. В седьмой главе "Как уходили ветераны" описаны сложности этого переходного периода.

Восьмая глава "На переломе" посвящена созданию в конце 1988 года Всесоюзного гравитационного общества, пришедшего на смену ликвидированной в самом начале 1989 года секции гравитации. Здесь же речь идет о бурных событиях 1989–1990 годов, сопровождавшихся переоценкой едва ли не всех сторон нашей общественной жизни.

Наконец, в последней, – девятой, – главе рассказывается о последних днях профессора Д.Д.Иваненко, одного из ярких представителей старшего поколения физиков-гравитационистов, сыгравшего важную роль в истории отечественной науки.

Об авторе

Владимиров Юрий Сергеевич

Физик-теоретик, доктор физико-математических наук (1976), профессор кафедры теоретической физики физического факультета МГУ имени М. В. Ломоносова, профессор Института гравитации и космологии Российского университета дружбы народов, вице-президент Российского гравитационного общества, главный редактор журнала «Метафизика». Окончил физический факультет МГУ в 1961 г. Область научных интересов: классическая и квантовая теория гравитации, проблема объединения физических взаимодействий, многомерные модели физических взаимодействий, теория прямого межчастичного взаимодействия, теория систем отношений, метафизические и философские проблемы теоретической физики. Ю. С. Владимиров — автор ряда монографий, среди которых: «Системы отсчета в теории гравитации» (М.: URSS), «Пространство-время: явные и скрытые размерности» (М.: URSS), «Метафизика» (М.: URSS), «Геометрофизика», «Основания физики», «Классическая теория гравитации» (М.: URSS) и др.