Владимиров Ю.С. От геометрофизики к метафизике:
Развитие реляционной, геометрической и теоретико-полевой парадигм в России в конце XX -- начале XXI века. Состояние и перспективы

Оглавление

Предисловие

Настоящая книга посвящена обсуждению фундаментальных основ физического мироздания в конце XX – начале XXI века и, главным образом, сущности пространства-времени, его ключевых свойств (размерности, метрики, сигнатуры и т.д.) и способов объединения физических взаимодействий. Возросший интерес к данной проблематике свидетельствует о тесном сближении исследований в рамках фундаментальной теоретической физики с вопросами, которые традиционно относятся к метафизике.

Следует подчеркнуть, что в теоретической физике следует различать три составляющие: собственно теоретическую физику, прикладную теоретическую физику и фундаментальную теоретическую физику. В собственно теоретической физике развиваются следствия уже открытых закономерностей (принципов и уравнений). Примером собственно теоретической физики является содержание 10-томника теоретической физики Л.Д.Ландау и Е.М.Лифшица. В прикладной теоретической физике обсуждаются применения уже открытых физических закономерностей к конкретным явлениям и установкам. А предметом фундаментальной теоретической физики являются анализ, обоснования и возможные обобщения (изменения) используемых в физике понятий и закономерностей. Данная книга посвящена обсуждению проблем именно фундаментальной теоретической физики.

Если первая половина XX века ознаменовалась созданием специальной и общей теории относительности, а также квантовой теории, то во второй половине прошлого столетия наряду с развитием этих теорий и освоением вскрытых закономерностей физики микромира активизировался поиск новых идей, нацеленных на существенный пересмотр оснований физической картины мира.

В процессе работы над книгой ее содержание претерпело несколько существенных изменений. Сначала планировалось продолжение серии из пяти книг под общим названием "Между физикой и метафизикой", в которой излагалась история развития идей фундаментальной физики в XX веке.

Одобрительные отзывы коллег и возникшее желание проанализировать отечественные фундаментальные исследования последних десятилетий совпали с подготовкой к третьему изданию книги "Метафизика". В результате фактически была написана новая, более обстоятельная работа, которую издательство URSS опубликовало как серию из трех книг под общим названием "Метафизика и фундаментальная физика". В них изложена история развития фундаментальной физики в рамках трех физических (метафизических) парадигм.

Особо подчеркну, что упомянутые серии книг, а также ряд других моих книг были опубликованы в издательстве URSS, которому в момент издания данной книги исполнилось 25 лет.

Было и еще одно немаловажное обстоятельство, которое потребовало серьезного пересмотра всего ранее напечатанного. Дело в том, что данная книга писалась в юбилейный для автора год – в годовщину его 80-летия – и, естественно, хотелось с большей аргументацией представить собственные взгляды на дальнейшее развитие фундаментальной физики. Разумеется, это повлекло за собой осмысление пройденного пути в исследовании проблем фундаментальной физики.

Кроме того, в процессе работы над книгой все более усиливалась потребность высказать несогласие с пессимистическими рассуждениями некоторых коллег о состоянии и перспективах научных исследований в нашей стране, которые были вызваны состоянием науки в 1990-е годы. Так, Г.А.Сарданашвили, бывший ученик Д.Д.Иваненко и соавтор ряда работ с ним, в своей книге "Я – ученый: Заметки теорфизика" (2010 г.) писал: "Россия – моя страна, и "по-родственному" я считаю себя вправе сказать ей прямо "в лоб" все, что о ней думаю, ибо ее проблемы – это и есть узлы ее развития. Впрочем, судьба человечества куется не в России. Вздыбив мир в XX веке, выплеснув себя в социальном эксперименте, Россия навсегда иссякла подобно чингизидовской Монголии". Не менее пессимистичны и последующие его книги: "Между рассветом и закатом: Советская физика в 1950–1979 гг." (2014) и "Кризис научного познания: Взгляд физика" (2015).

С Геннадием Александровичем меня связывали добрые личные отношения, но, работая над книгой, я пришел к иному выводу: в начале XXI века в нашей стране, может быть и не так заметно для большинства, активно обсуждались и развивались фундаментальные идеи, и благодаря этому были созданы условия для формирования новой физической картины мира.

В итоге содержание книги оказалось нацеленным на реализацию трех основных задач:

1) анализ развития отечественной фундаментальной теоретической физики в начале XXI столетия, что потребовало серьезного рассмотрения результатов, полученных к концу XX века;

2) более обстоятельное изложение собственной позиции, а также размышлений о перспективах дальнейшего развития фундаментальной теоретической физики;

3) более глубокое осмысление идей ранее изданной книги "Метафизика", особенно в связи с последними результатами в области фундаментальной физики.

Однако в ходе работы над книгой перед автором встала еще одна задача:

4) сопоставить свои соображения и уже полученные результаты с программами исследований своих коллег, также стремящихся к реализации аналогичных замыслов. Этот материал вынесен в Приложение.

В этом контексте позволю себе кратко остановиться на сложившихся представлениях о характере деятельности в области фундаментальной теоретической физики.

1. На каждом этапе деятельности научного сообщества имеются устоявшиеся представления об основаниях того или иного раздела науки, в данном случае – об основаниях геометрии и физической картины мира. А в чем заключаются эти уже укоренившиеся представления?

А.Эйнштейн (1879–1955) по этому поводу писал: "Понятия, которые оказываются полезными при упорядочении вещей, легко завоевывают у нас такой авторитет, что мы забываем об их земном происхождении и воспринимаем их как нечто неизменно данное. В этом случае их называют "логически необходимыми", "априорно данными" и т.п. Подобные заблуждения часто надолго преграждают путь научному прогрессу".

2. Следует иметь в виду, что в мировом дискурсе всегда имеется совокупность плодотворных уже ранее высказанных идей, а внимание по тем или иным причинам уделяется то одним из них, то иным. Э.Мах (1838–1916) по этому поводу писал: "История науки показывает, что новое, правильное познание, покоящееся на верных основаниях, может то больше, то меньше затеняться, может выступать в односторонней, неполной форме, для одной группы исследователей даже совершенно исчезнуть и снова возродиться. Однократного нахождения и провозглашения какого-нибудь познания бывает недостаточно. Часто проходят годы и даже столетия, пока общее мышление разовьется настолько, чтобы оно могло стать общим достоянием и укрепиться".

3. Новые открытия в области оснований фундаментальной физики и геометрии даются нелегко. Как правило, это связано с выходом исследователя на край "пропасти в неведомое", что сопряжено с чрезвычайным напряжением мысли. Есть немало свидетельств того, что испытывали мыслители, которые пытались решить фундаментальные проблемы бытия, стремясь заглянуть за границы неведомого.

В качестве примера можно привести выдержку из письма Фаркоша Бояи (1775–1856) сыну Яноши Бояи (1802–1860), унаследовавшему от отца стремление решить проблему параллельных линий: "Ты не должен пытаться одолеть теорию параллельных линий; я знаю этот путь, я проделал его до конца, я прожил эту бесконечную ночь и весь свет, всю радость моей жизни я там похоронил. Молю тебя, оставь в покое учение о параллельных линиях; ты должен страшиться его, как чувственных увлечений; оно лишит тебя здоровья, досуга, покоя, оно погубит счастье твоей жизни. Этот глубокий, бездонный мрак может поглотить тысячу таких гигантов, как Ньютон...".

Но сын не послушался отца, заглянул в пропасть, извлек из нее решение проблемы параллельных линий. Однако это не было должным образом оценено его современниками, а стремление доказать свою правоту завершилось трагически.

4. Вместе с тем встречи с исследователями, которые посвятили свою жизнь настойчивым попыткам решения глубоких проблем физического мироздания, свидетельствуют о том, что они все-таки смогли продвинуться в понимании сути волновавших их проблем. Но проникнуть в тайну неведомого в подавляющем большинстве случаев у них так и не получилось. Среди них назову Г.В.Рязанова (1930–2017), Р.И.Пименова (1931–1990), профессоров А.Е.Левашева (1898–1979), В.И.Родичева (1914–1984), А.А.Власова (1908–1975), М.Б.Менского (1939–2015), А.П.Левича (1945–2016), член-корра В.Г.Кадышевского (1937–2014), академика М.А.Маркова (1908–1994). (Об идеях и надеждах коллег, докторов наук, профессоров и академиков, которые так и ушли из жизни, не добившись окончательной реализации своих замыслов, см. в.)

Людвиг Больцман (1844–1906) писал по этому поводу: "Еще почти никогда в истории, меньше всего в наши дни, когда столько людей занимается наукой, не бывало, чтобы та самая голова, которая впервые натолкнулась на ту или иную идею, до конца исчерпала бы ее. Почти все идеи были предугаданы, подготовлены и слегка намечены, прежде чем являлся наконец тот, кто разрозненному материалу придавал целостность".

Чтобы добиться решения увлекшей исследователя фундаментальной проблемы, должно еще крупно повезти, – нужно, чтобы эта проблема достаточно созрела к этому времени. Так, Яноши Бояи в этом повезло, а его отцу – Фаркошу Бояи – нет! Эйнштейну три раза повезло, а на четвертый раз – нет!

5. Как правило, в научном сообществе имеются сложившиеся представления также о том, в каком направлении следует развивать проводимые исследования. Однако история науки показывает, что фундаментальные открытия делались, как правило, совсем не в ожидаемых направлениях.

6. Не будем также исключать тот факт, что отношение к коллегам, занимающимся исследованием нестандартных идей и проблем, редко оказывается доброжелательным со стороны научного сообщества. Успешными в своей научной деятельности оказываются лишь те, кто действует в рамках общепринятых представлений.

Так, интерес одного из моих учителей Д.Д.Иваненко (1904–1994) к нестандартным идеям сопровождался неприязненным отношением к нему самому. В этой связи вспоминается разговор коллег с американским физиком-теоретиком К.Торном, в котором была упомянута неприязнь в нашей стране к Иваненко, в частности, из-за его увлеченности якобы сомнительными идеями. На это Торн заметил, что и профессор Дж.Уилер (1911–2008) в Америке также порой встречает аналогичное непонимание.

Известны и другие примеры из истории отечественной науки. Н.И.Лобачевский (1792–1856), основатель неевклидовой геометрии, испытал неприятие своих взглядов со стороны коллег-математиков. П.Н.Лебедев (1866–1912), именем которого назван Физический институт Академии наук, не был академиком. Автор всемирно известной периодической системы химических элементов Д.И.Менделеев (1834–1907) был лишь членом-корреспондентом Петербургской академии наук. Есть и другие не менее убедительные примеры.

7. Вместе с тем именитые сторонники сложившихся научных представлений (элита) выполняют важную положительную роль: они способствуют сохранению уже достигнутых знаний и научных результатов от их размывания скороспелыми предложениями и псевдооткрытиями. Для того, чтобы новые идеи и открытия действительно обрели статус признанных научным сообществом, их авторам необходимо в острых дискуссиях отстоять их состоятельность и плодотворность. Обычно это также сопряжено с большим напряжением сил и дается нелегко.

Предлагаемая читателю книга написана с учетом данных соображений. Изложение материала сопровождается многочисленными ссылками на идеи и оригинальные труды наиболее значимых исследователей. Кроме того, текст снабжен фотографиями авторов рассматриваемых работ и участников дискуссий по основаниям фундаментальной физики.

В настоящем издании практически нет формул, которые можно найти в процитированных работах автора и других исследователей.

Имеются достаточно веские основания утверждать, что в настоящий момент в фундаментальной физике зреют существенные изменения в представлениях об окружающем нас мироздании. Хотелось бы надеяться, что эта книга будет хоть в какой-то степени содействовать грядущим кардинальным изменениям в физической науке.

Выражаю искреннюю благодарность своим коллегам: А.П.Ефремову, С.А.Векшенову, В.В.Аристову, А.Ю.Севальникову, В.Д.Захарову и другим, в дискуссиях с которыми формировалось содержание данной книги, а также участникам семинаров "Геометрия и физика" и "Метафизика" на физическом факультете МГУ имени М.В.Ломоносова, на которых обсуждалась ее проблематика. Особо благодарю своих учеников, в содружестве с которыми развивались идеи реляционной парадигмы: А.В.Соловьева, С.В.Болохова, Д.А.Терещенко, А.Б.Молчанова и других.

Введение

Предлагаемая вниманию читателей книга – итог почти 60-летней деятельности, в которой у меня была возможность работать в различных направлениях фундаментальной теоретической физики и получить некоторые результаты. Здесь я имею в виду 1) геометрическое направление, сформировавшееся на основе общей теории относительности и ее геометрических обобщений; 2) направление, исследующее вопросы совмещения принципов общей теории относительности и квантовой теории поля; 3) реляционное направление, основы которого были заложены в трудах Г.Лейбница (1646–1716) и Э.Маха (1838–1916), и, наконец, 4) метафизическое осмысление достигнутых к XXI веку результатов в фундаментальной теоретической физике.

Последовательный анализ состояния и перспектив исследований в каждом из названных направлений заставлял перемещать фокус исследовательского внимания от одной проблематики к другой. В результате это позволило, с одной стороны, представить целостную картину развития фундаментальной теоретической физики в прошлом и в наступившем столетиях, а с другой – перейти к метафизическому анализу ее проблематики и к разработке принципов дальнейшего развития.

1. Начав свою деятельность в рамках геометрического миропонимания (парадигмы), мне посчастливилось участвовать в разработке монадного и диадного методов задания систем отсчета в общей теории относительности, а затем в развитии многомерных моделей физических взаимодействий. В силу сложившихся обстоятельств мне довелось быть сопричастным к организации и развитию деятельности отечественного гравитационного сообщества, сначала в качестве ученого секретаря, затем заместителя председателя секции гравитации научно-технического совета Минвуза СССР, а с 1988 года по настоящее время выполнять обязанности вице-президента Российского гравитационного общества. Поэтому в первой из шести частей данной книги "Геометрия как основание физики (Геометрофизика)" описывается развитие исследований в рамках геометрического подхода не только в научном, но и в организационном плане.

В этой части, во-первых, обсуждается создание отечественного гравитационного сообщества, возлагавшего надежды на раскрытие главных закономерностей мироздания в рамках именно геометрического миропонимания, основы которого были заложены в трудах В.Клиффорда (1845–1879), А.Эйнштейна (1879–1955), Г.Вейля (1885–1955), Д.Гильберта (1862–1943) и других мыслителей конца XIX – начала XX века.

Во-вторых, здесь же представлена деятельность Российского гравитационного общества уже в новой России, включая проведение всероссийских гравитационных конференций, совещаний, семинаров, издание журналов, сборников трудов и т.д.

Отдельная глава посвящена обсуждению усилий физика и предпринимателя Д.Г.Павлова по организации специального института "Гиперкомплексные числа в геометрии и физике", деятельность которого нацелена на развитие исследований в рамках особого геометрического видения оснований физики (в рамках финслеровой геометрии).

В связи с пережитыми нашей страной трудными 1990-ми годами можно сказать, что в этой части книги фактически подтверждается мысль, в свое время высказанная Г.Вейлем, о том, что в трудные периоды развития науки именно вопросы геометрии и свойств пространства (и времени) становились тем спасительным кругом, который способствовал выживанию науки и всего научного сообщества в сложившихся непростых обстоятельствах.

2. Занятие геометрическим подходом к физическому мирозданию убедило в его ограниченности, поскольку основу физики XX столетия составили два замечательных открытия начала века – создание теории относительности и квантовой теории, – которые привели к развитию физики в рамках двух фактически независимых направлений: геометрического и теоретико-полевого. Для построения цельной картины физического мироздания необходимо объединить принципы двух этих направлений (парадигм). Это заставило серьезно заняться исследованием этой проблемы.

Сложившееся к началу XXI века состояние проблемы рассмотрено во второй части книги "На пути к третьей (реляционной) парадигме". В ней показаны настойчивые попытки решения проблемы квантования гравитации, так и не приведшие к успеху.

Далее в этой части обсуждены попытки решения проблемы объединения принципов двух парадигм с помощью идей суперсимметрии и суперструн, также пока не приведшие к ожидаемым результатам.

Проведенный анализ показывает необходимость отказа от использования классических пространственно-временных представлений в физике микромира. Более того, рядом авторитетных авторов высказывается мысль о необходимости вывода классических пространственно-временных представлений из некой системы понятий и закономерностей, присущей физике микромира, вместо их традиционного использования в качестве фона для всех физических построений. В последнее время эта идея завоевывает все больше сторонников.

Отдельная глава этой части посвящена тому, как происходило обсуждение проблем совмещения принципов двух теорий на конференциях, семинарах и совещаниях в конце XX – начале XXI века.

3. Анализ попыток совмещения принципов двух парадигм – геометрической и теоретико-полевой – убедил меня в необходимости перехода к третьей (дуалистической) парадигме – реляционной, которая в XX веке оказалась на обочине магистрального направления развития фундаментальной физики. Обсуждению оснований и возможностей этой парадигмы посвящена третья часть данной книги "Реляционная парадигма".

Идеи этой парадигмы неизменно всплывали на гравитационных конференциях и семинарах, но, как правило, оказывались на втором плане. Ныне, когда основные идеи геометрической парадигмы за прошедшее столетие в значительной мере выработаны, а попытки совмещения принципов двух парадигм в течение всего XX века потерпели неудачу, следует обратить особое внимание на исследования именно в рамках реляционной парадигмы.

В этой части книги изложены основные принципы такого подхода и рассмотрены главные результаты, полученные к настоящему времени. Здесь показано, что реляционный подход (парадигма) опирается на три неразрывно связанные фактора: 1) реляционное понимание природы классического пространства-времени (как абстракции от отношений между материальными объектами или событиями с их участием), 2) описание физических взаимодействий в рамках концепции дальнодействия, альтернативной ныне принятой концепции близкодействия, и 3) принцип Маха, понимаемый как обусловленность локальных свойств объектов от свойств и распределения всей окружающей материи мира.

4. В четвертой части книги "Бинарная предгеометрия как "метафизика"" показано, что от своеобразной бинарной геометрии, открытой в рамках реляционной парадигмы, осуществляется переход к бинарной предгеометрии. На ее основе удается обосновать классические пространственно-временные представления и ряд важных закономерностей физики микромира. В частности, бинарная предгеометрия позволяет реализовать уже давно высказанную идею о макроскопической природе классического пространства-времени. При этом показывается, что именно электромагнитные взаимодействия (точнее, излучения всего окружающего мира) ответственны за формирование пространственно-временных отношений.

5. Анализ принципов всех трех вышеупомянутых физических парадигм убедительно демонстрирует проявления в них ряда общих принципов, которые явно просматриваются и в философских системах, и в математике, и в других разделах мировой культуры. Это позволяет их отнести к общим метафизическим принципам.

Этот факт неоднократно подчеркивался в ряде наших книг (см., например,), отмечалось, что развитие фундаментальной физики в XX веке и особенно в начале XXI века убедительно свидетельствует о ее все более тесном смыкании с метафизикой. Это, в частности, отражается во все большем внимании к анализу оснований физики и в попытках изменить уже сложившиеся представления о физической картине мира. Как нам представляется, именно развитие фундаментальной теоретической физики позволяет сформулировать главные принципы метафизики.

Обсуждению связи современной фундаментальной теоретической физики с метафизикой посвящена пятая часть данной книги "Возрождение метафизики". Эта часть книги состоит из трех глав. В первой главе специально обсуждена эволюция взглядов на метафизику и действия, предпринимавшиеся для формулирования основных принципов метафизики и показа их проявлений в науке (в основном, в физике).

Во второй главе этой части обсуждены мнения о соотношении математики и физики и рассмотрено проявление метафизических принципов в основаниях математики.

Третья, заключительная часть этой главы, посвящена обсуждению связи религии с наукой и, в частности, с проблемами метафизики. Имеется достаточно оснований полагать, что катафатические части религиозных учений представляют собой своеобразные изложения метафизических принципов. Более того, многие приемы и понятия, ныне используемые в науке, берут свое начало из религиозных учений.

6. В обстоятельном Приложении к этой книге "Пути коллег к "новым смыслам"" (фактически, в шестой части книги) обсуждены взгляды ряда отечественных физиков-теоретиков и их эволюция в начале XXI века.

В ряде ранее опубликованных книг отмечалось, что для развития реляционной парадигмы оказался чрезвычайно важным математический аппарат теории физических структур, развитый во второй половине XX века в новосибирской группе Ю.И.Кулакова и Г.Г.Михайличенко. По этой причине первая глава Приложения специально посвящена рассмотрению дальнейших идей и результатов упомянутых авторов.

Во второй главе обсуждены мысли Г.В.Рязанова о роли концепции дальнодействия и принципа Маха в структуре современных представлений о физическом мироздании.

В третьей главе данного Приложения обсуждены взгляды, цели и результаты деятельности группы профессора А.П.Левича в МГУ, организовавшего так называемый виртуальный институт по феномену времени и регулярно работавший семинар по этой тематике.

Наконец, в четвертой главе Приложения рассмотрены научные позиции и результаты деятельности ряда коллег, преследующих цели, близкие реляционной парадигме.

Завершается книга Послесловием "Метафиземы", в котором в своеобразной (стихотворной) форме изложены представления автора о проблематике, затронутой в этой книге.

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.