(5 оценок, среднее: 4,80 из 5)
Загрузка...
Учебная работа. Реферат: Новые физические законы
«Если нам вправду получится выстроить всеобъятную физическую теорию, то со временем ее главные принципы станут доступны осознанию всякого. Тогда и все мы, философы, ученые, спецы и нет, сможем принять роль в дискуссии о том, как так вышло, что существуем мы и существует Вселенная. И если будет найден ответ на этот «крайний» вопросец, нам станет понятен план Бога». Так Стивен Хокинг окончил свою не так давно вышедшую книжку «От огромного взрыва до темных дыр. Короткая история времени«.
Точка зрения Хокинга отражает классические представления о конечной цели физики. В прошедшем ученые не один раз утверждали, что все величавые задачи рано либо поздно будут решены и теоретической физике наступит конец. В наши деньки эту веру часто связывают с созданием «Теории Всего Сущего» — волшебного сверхзакона, из которого можно будет вывести все формы физической действительности — от простых частиц до атомов хим частей, галактик и темных дыр. Таковая теория свела бы Вселенную к формальному тождеству — абстрактному вневременному описанию.
Но утверждению о том, что физика близка к собственному окончанию, можно придать и совсем другой смысл. Нобелевская конференция 1989 года в институте Густава Адольфа (Сент-Пол, штат Миннесота), была посвящена теме «Конец науки», но в эти слова вкладывали никак не оптимистичное содержание. Устроители конференции заявили: «Нас не покидает чувство, что способность науки давать беспристрастную картину реальности практически исчерпана». И дальше: «Если же наука откажется от претензии открывать вневременные, всепригодные законы и признает себя социальной и исторически ограниченной, то тогда уже недозволено будет утверждать, что она гласит о кое-чем настоящем, лежащем вне самой науки».
Главный тезис предложенной концепции прямо обратный: величавые законы не есть «всего только» социальные либо исторические конструкции, хотя, очевидно, любые научные представления несут на для себя печать собственной эры. Можно сказать, что и традиционный эталон объективности, подразумевающий отрицание времени, тоже имел свои исторические корешки. Это был дерзновенный эталон, появившийся на почве западной культуры в XVII веке.
Мысль беспристрастной физической действительности, воплощенная в динамическом описании, была результатом первой удачной пробы включить время в математическую схему. Наиболее 2-ух веков — от Галилея до Больцмана — ушло на то, чтоб осознать стоимость этого заслуги: за него пришлось заплатить противоречием меж симметричными базовыми законами физики и нарушением симметрии времени в реально протекающих действиях.
Современная физика разглядывает стрелу времени как одну из существенных черт нашего мира. В крайние десятилетия несколько научных направлений оспаривали преимущество придать конструктивный смысл идее, согласно которой мы живем во временном мире. Физические теории, которые сейчас строятся, — временные. Они обхватывают законы и действия, достоверность и возможность. Вторжение времени в физику никак не приводит к утрате объективности либо познаваемости. Напротив, оно открывает путь к новенькому, наиболее глубочайшему осознанию.
Нарушение симметрии времени на микроскопичном уровне не есть итог отказа от эталона совершенного познания. К нему нас вынуждает динамика хаоса. Поначалу неустойчивость появилась как ограничение, вызванное чувствительностью к исходным условиям, но сейчас мы вышли за рамки «негативных» утверждений и пришли к формулировке законов природы, обхватывающих хаос и стрелу времени. Изменение самого смысла слова «хаос» от ненужного препятствия к самостоятельному объекту зания сделалось более базовым и нежданным результатом исследования феномена времени.
Включение в динамику вероятности и необратимости, естественно же, обосновано глубинными действиями, идущими в самой науке. Стрела времени не просочилась бы на базовый уровень физики, не будь интенсивного поиска подходящей способности решения феномена времени. Подходящую возможность мы осознаем как исторический, идущий во времени диалог человека с природой. Диалог, в каком оперирование знаками играет важную роль.
Символьное мышление порождает собственный мир, который сразу беднее и упрощеннее, богаче и содержательнее настоящего мира. Идея, оперирующая знаками, увеличивает те нюансы традиционной и квантовой физики, которые делают упор на симметрии во времени. Воплощенную в знаках идея можно сопоставить с произведением искусства. Подобно ему, она способна возбуждать и чувство восхищения, и чувство неудовлетворенности. Она кидает нам вызов, побуждая идти вперед. При всем этом основной побудительный стимул концепции можно коротко выразить так: «время не может появиться из вне времени. Вневременные законы недозволено считать конечной Правду, ибо таковая правда делает нас чужими в этом мире и сводит к обычной видимости обилие наблюдаемых явлений» (И.Р.Пригожин, И.Стенгерс).
Ту же неудовлетворенность выражали и остальные физики. Так, Роджер Пенроуз в собственной книжке «Новейший разум правителя» увидел: «Недопонимание нами базовых законов физики не дозволяет нам схватить сущность разума в физических либо логических определениях». Пенроуз также особо выделяет делему времени. Он пишет: «По моему воззрению, наша физическая картина мира в той собственной части, что касается природы времени, чревата суровыми потрясениями, еще наиболее сильными, чем те, что были вызваны теорией относительности и квантовой механикой». Но, как можно судить, Пенроуз ждет решения задачи со стороны квантовой теории гравитации, которая обязана будет соединить эти две теории.
Стратегия Пригожина наиболее консервативна, так как он исходит из динамической неустойчивости, лежащей в фундаменте физики уже сейчас. Но Пенроуз прав в том, что нам вправду нужно «новое осознание«. Любой период развития науки имеет свои главные нерешенные задачи, вехи, указывающие направление предстоящего развития. Величайшее удивление вызывает тот факт, что разрешение феномена времени, появившегося в итоге неудачной пробы Больцмана и Планка отдать динамическую интерпретацию стрелы времени, позволило решить и два остальных феномена — квантовый и, до некой степени, космологический.
И все таки это можно было ждать. Все три феномена тесновато соединены меж собой. Исключение стрелы времени с необходимостью приводит к двоякому описанию Вселенной: с одной стороны, к микроскопичным, обратимым во времени законам, а с иной, — к феноменологическим законам с нарушенной симметрией времени. Тут мы опять встречаемся с обычным декартовским дуализмом меж материей, характеризуемой протяженностью, и человечьим духом с его способностью мыслить. Общая теория относительности и квантовая механика служат неплохими примерами такового дуализма: 1-ая стремится к геометрическому видению мира (утонченной форме декартовской протяженности); иная, с ее амплитудами вероятности, быть может уподоблена возможным, мыслимым способностям (в отличие от животрепещущих, наблюдаемых вероятностей). Следует ли в таком случае разглядывать мир как потенциальную возможность для наших наблюдений?
Некие физики заходят так далековато, что в квантовой механике отводят людскому разуму главную роль: по их воззрению, мир, описываемый в определениях волновых функций, вроде бы хочет обрести наблюдающего, который сумеет актуализировать одну из его возможных способностей.
В этом смысле устроители Нобелевской конференции были правы: мы вправду подошли к «концу науки» — таковой науки, которая связывает зание с открытием детерминистских вневременных законов, лежащих за рамками становления. Вспомним, что для Эйнштейна хоть какое отклонение от этого эталона означало отказ от осознания мира, от основного предназначения науки. Но мы не можем по естественным причинам согласиться с таковыми взорами, сужающими смысл зания.
Там, где речь идет о {живых} созданиях, мы не отождествляем осознание с послушливым выполнением правил — мы отказались бы признать истинной кошку, недозволено не согласиться с Владимиром Набоковым, высказавшим такую идея: «То, что на сто процентов контролируемо, никогда не бывает полностью настоящим. То, что реально, никогда не бывает полностью управляемым».
Фундаментальные законы соединяли внутри себя два элемента, которые мы сейчас в состоянии поделить. один из их состоял в требовании подлинного диалога с природой, значащего, что человечий разум должен строить математические зависимости, направляемые тестом. (С данной для нас точки зрения, самая возможность всепригодных законов природы не могла не вызывать удивление, что подтверждает скептический прием, оказанный в XVIII веке законам Ньютона.) иной элемент — перспектива сотворения сверхнауки, которая обязана заниматься исследованием самих законов природы.
Очень феноминально, что западная наука, видевшая свою высшую цель в том, чтоб прислушиваться к фактам (в отличие от спекулятивных притязаний метафизики), как недозволено лучше соответствует тому, что Ричард Тарнас с полным основанием именовал «глубочайшей страстью западного разума к объединению с самой основой собственного бытия». Открытие симметричных во времени детерминистских законов природы отвечало этому пристрастию, но ценой отторжения данной для нас базы от созидающей временной действительности.
Ситуация поменялась: необратимость и возможность стали беспристрастными качествами, отражающими тот факт, что физический мир не быть может сведен к отдельным траекториям (в ньютоновском описании) либо волновым функциям (в шредингеровском). Новое инфы, напротив, оно дозволяет наиболее много охватить характеристики диссипативных хаотических систем.
Устойчивые и обратимые во времени традиционные системы, как мы сейчас осознаем, соответствуют предельным, исключительным случаям (в квантовом мире положение труднее, потому что нарушение симметрии во времени есть нужное условие для наблюдения микрообъектов — для перехода от амплитуд вероятности к самим вероятностям). Типичны конкретно неуравновешенные хаотические системы, описываемые неприводимыми вероятностными законами, — они соответствуют подавляющему большинству случаев, представляющих физический Энтузиазм.
Причина фуррора этого подхода кроется в воззвании к новеньким математическим средствам. Отлично понятно, что задачка, неразрешимая при помощи 1-го метода, может стать разрешимой, если применять иной. К примеру, вопросец о существовании корней алгебраического уравнения неразрешим в области вещественных чисел (оно может не иметь ни 1-го вещественного корня), но стоит перейти в область всеохватывающих чисел, как ответ становится весьма обычным: каждое уравнение n-степени имеет n корней. Поиск соотношения меж неуввязками и средствами, необходимыми для их решения, — процесс открытый, способный служить прекрасной иллюстрацией творческого созидания, вольного и в то же время ограниченного решаемой задачей.
Как ни умопомрачительно, но сейчас ученые в состоянии решить и некие, не поддававшиеся до этого определенные задачи. В традиционной динамике законы хаоса ассоциируются с интегрированием «неинтегрируемых» систем Пуанкаре, а предложенные способы дают наиболее массивные методы. Также и в квантовой механике они разрешают убрать трудности, стоящие на пути решения задачки на собственные значения (реализации программки Гейзенберга).
Даже таковая обычная неувязка, как рассеяние частиц в возможном поле, приводит к неинтегрируемым системам Пуанкаре (интегрируемые системы Пуанкаре — это довольно обыкновенные системы, в каких взаимодействие частей можно математически исключить; в уравнениях, описывающих их движение, прошедшее и будущее неразличимы. Неинтегрируемые — наиболее сложные системы, в каких взаимодействие частей становится принципно принципиальным — в их возникает стрела времени).
Введение неприводимых вероятностных представлений потребовало рассмотрения так именуемых «обобщенных пространств». Гильбертово место само уже есть обобщение конечномерных векторных пространств (его элементы — уже не векторы, а функции), но в нем мы можем применять лишь довольно «отличные» функции. В обобщенных же местах можно оперировать также сингулярными, либо обобщенными функциями (эти функции разрешают математически корректно обрисовывать применяемые в физике идеализированные представления. к примеру, равная единице плотность массы вещественной точки, расположенной сначала координат либо электронного заряда, выражается ?-функцией Дирака). Все это аналогично переходу от плоской евклидовой геометрии к искривленной римановой.
иной значимый элемент теории — хронологическое, либо временное, упорядочение. Гармонический осциллятор (традиционный либо квантовый) обратим во времени. Но в неинтегрируемой системе возникает естественное упорядочение, задаваемое направленным течением самого процесса. Простой пример — различие, возникающее в электродинамике меж запаздывающими и опережающими потенциалами. Если устойчивые системы соединены с детерминистским, симметричным временем, то неуравновешенные хаотические — с вероятностным, нарушающим равноправие прошедшего и грядущего.
Ограниченность обычного описания в определениях отдельных траекторий либо волновых функций не обязана поражать. Когда мы толкуем о архитектуре, мы имеем в виду не кирпичи, а здание в целом. Часто приходится слышать, что история в наши деньки убыстрила собственный бег; и в этом случае произнесенное относится не к изменению природы отдельных людей, а к изменению отношений меж ними из-за необычного развития средств связи. Даже рождение новейших мыслях хоть каким человеком обосновано тем, что он погружен в разделяемый почти всеми мир значений, заморочек и отношений. Иными словами, это есть свойство всей системы в целом.
Ситуация, с которой мы сталкиваемся в физике, много проще. Но и там нам надлежит отрешиться от представления, как будто время есть параметр, описывающий движение отдельных частей системы. Адекватное физическое описание хаотических действий, которое включило бы в себя необратимость и возможность, может быть лишь при их целостном рассмотрении на уровне ансамблей.
1. Объединяющая роль хаоса
Меж базовыми законами физики и всеми остальными науками существовал разрыв. Мы глубоко убеждены в том, что предложенный подход дает наиболее согласованное и единообразное описание природы, модифицирующее связи меж науками. сейчас реально избежать взора, который, во имя сохранения главных уравнений, низводит время до иллюзии и сводит человечий опыт к некоей личной действительности, лежащей вне природы. Хаос дозволяет заного сконструировать то, что нам надлежит узнать.
Устойчивые механические, также конечные квантовые системы исторически послужили фундаментом для сотворения величавых теоретических схем физики. Эти теории делали упор на том, что на данный момент представляется очень личными вариантами, и экстраполировали свои выводы далековато за границы применимости всякого такового варианта.
Мы сталкиваемся с 2-мя совсем разными проявлениями хаоса — динамическим (на микроуровне) и диссипативным (на макроуровне). 1-ый находится на самом нижнем уровне описания природы, он содержит в себе нарушение симметрии во времени и имеет выход в макроскопические явления, направляемые вторым началом термодинамики. Посреди их — процессы приближения систем к равновесию, в каких проявляет себя диссипативный хаос.
Мы знаем, что вдалеке от положения равновесия вероятны различные аттракторы. Одни из их соответствуют повторяющимся режимам, остальные — беспорядочным. Все эти диссипативные эффекты представляют собой макроскопические реализации хаотической динамики, описываемой нелинейными уравнениями. Лишь через исследование нелинейных систем мы можем понять внутреннее единство в неистощимом многообразии природных действий — от хаотичных, к примеру излучения нагретого тела, до высокоорганизованных, идущих в {живых} созданиях.
«Хаос» и «процесс обретения материей физического бытия, согласно современным представлениям, связан с хаосом и неустойчивостью.
Эйнштейновская космология стала венцом достижений традиционного подхода, но в «обычной модели» согласовании с фазами расширения Вселенной. Но неустойчивость возникает, как мы учитываем эффект рождения материи и пространства-времени в состоянии сингулярности Огромного взрыва. Предложенная модель не утверждает, что космологическая стрела времени рождается «из ничего» — она проистекает из неустойчивости квантового вакуума. Ведь направление времени, различие меж прошедшим и будущим никогда не были настолько существенными, как при планковских значениях физических величин, другими словами в тот момент, когда рождалась наша Вселенная.
Можно ли пойти далее? Если хаос — объединяющий элемент в обширной области от традиционной механики до квантовой физики и космологии, то не может ли он послужить для построения Теории Всего Сущего (либо сокращенно — ТВС)?
тут выскажем некие предостережения. До этого всего, подчеркнем, что неустойчивость связана с полностью определенной формой динамики. Традиционный хаос отменно отличен от квантового хаоса, и мы пока очень далеки от единой теории, охватившей бы и квантовую механику, и общую теорию относительности. Не считая того, «традиционная» ТВС, как писал Хокинг, претендует на то, чтоб понять планы Бога, другими словами достигнуть фундаментального уровня описания, исходя из которого все явления (по последней мере, в принципе) можно было бы вывести детерминистским методом. Мы же говорим о совсем другой форме унификации — о таковой ТВС, которая включила бы в себя хаос на самом глубочайшем уровне физики и не приводила бы к редукционистскому, вневременному описанию. Наиболее высочайшие уровни допускались бы базовым уровнем, но не следовали бы из него. Объединяющий элемент, вводимый хаосом, соответствует концепции открытого эволюционирующего мира, в каком, по словам Поля Валери, «время есть система».
Как это нередко бывает, новейшие перспективы приводят к переоценке прошедшего. Карл Рубино увидел, что нравом — напротив, поочередные выборы делают нас теми, кто мы есть. Потому Искусство созодать соответствующий выбор в критериях неопределенного грядущего. Мы должны удержаться от платоновского искушения отождествлять этику с поиском незыблемых истин. Как учил сейчас же мы в состоянии узреть тут и положительный смысл. Возьмем, например, описанную трансформацию концепции хаоса. Покуда мы добивались, чтоб все динамические системы подчинялись одним и этим же законам, хаос был препятствием на пути зания. В замкнутом мире традиционной рациональности раскрытие законов природы могло приводить к умственному снобизму и высокомерию. В открытом мире, который мы на данный момент начинаем постигать, теоретическое познание и практическая мудрость дополняют друг друга.
В конце жизни Эйнштейну преподнесли сборник статей о нем, посреди которых был очерк известного австрийского математика Курта Гёделя. Этот ученый серьезно воспринял слова Эйнштейна о том, что необратимость времени — всего только иллюзия, и представил космологическую модель, в какой человек мог отправиться вспять в свое прошедшее; он даже подсчитал количество горючего, нужное для такового путешествия.
Но у Эйнштейна идеи Гёделя не вызвали особенного интереса. В собственном ответе Гёделю он увидел, что не может поверить, как будто кому-нибудь получится хотя бы «телеграфировать в свое прошедшее», и даже добавил, что невозможность этого обязана вынудить физиков направить внимание на необратимость времени, потому что время и действительность нерасторжимо соединены меж собой. Сколь бы мощным ни было искушение вечностью, путешествие вспять во времени означало бы отрицание действительности мира — для Эйнштейна оказались неприемлемыми конструктивные выводы из его же собственных взглядов.
Аналогичную реакцию мы находим у известного писателя Хорхе Луиса Борхеса. В рассказе «Новое опровержение времени» он обрисовывает теории, объявляющие время иллюзией, и в заключение пишет: «И все таки, и все таки… Отрицание хронологической последовательности, отрицание себя, отрицание астрономической Вселенной — все это акты отчаяния и потаенного сожаления… время — та субстанция, из которой я состою. время — это река, уносящая меня, но я сам река; это тигр, пожирающий меня, но я сам тигр; это огнь, всасывающий меня, но я сам огнь. мир, к огорчению, реален; я, к огорчению, Борхес».
Отрицание времени было искушением и для Эйнштейна, ученого, и для Борхеса, поэта, — оно отвечало их глубочайшей экзистенциальной потребности. В письме к Максу Борну (1924 года) Эйнштейн увидел, что если б ему пришлось отрешиться от серьезной причинности, то он предпочел бы стать «сапожником либо крупье в игорном доме, нежели физиком». Наука, для того чтоб она имела в очах Эйнштейна какую-то Ценность, обязана удовлетворять его потребности в избавлении от катастрофы людского существования. «И все таки, и все таки…» Столкнувшись с доведенным до максимума следствием из его собственных мыслях, ученый отступил.
Французский философ Эмиль Мейерсон усматривал в попытках свести природу к некоему тождеству основную движущую силу западной науки, при этом парадоксальную, потому что, подчеркивал философ, «рвение к тождеству уничтожает сам объект зания».
Что остается от нашего дела к миру, если он сведется к некой геометрической схеме? В этом — более полное выражение феномена времени, с которым столкнулся Эйнштейн, Гёдель лицезрел в возможности двигаться назад во времени победу людского разума, полный его контроль над нашим существованием. Но эта способность наглядно выявила все безумие таковой концепции природы и разума, при которой снимаются все ограничения, направляющие созидание и творчество, ибо без их не было бы той действительности, которая кидает вызов нашим надеждам и планам.
Да и то, что на сто процентов случаем, тоже лишено действительности. Мы можем осознать отказ Эйнштейна принять вариант в качестве всепригодного ответа на наши вопросцы. Мы должны найти узенький проход, затерявшийся кое-где меж 2-мя концепциями, любая из которых приводит к отчуждению: меж миром, управляемым законами, не оставляющими места для новизны и созидания, и миром, символизируемым Богом, играющим в кости, — абсурдным, акаузальным, в каком нечего осознавать.
Наши усилия могут служить иллюстрацией созидательной роли человека в науке, где, как ни удивительно, роль личного начала нередко недооценивают. Всякий понимает, что если б Шекспир, Бетховен либо Ван Гог погибли скоро опосля собственного рождения, то никто иной не сумел бы повторить их свершений. Правильно ли аналогичное утверждение по отношению к ученым? Разве кто-либо еще не сумел бы открыть традиционные законы движения, не будь Ньютона? Разве формулировка второго начала термодинамики нерасторжимо связана с личностью Клаузиуса?
естественно, в противопоставлении литературы, музыки, живописи науке есть собственный резон: наука — дело коллективное, решение научной задачи обязано удовлетворять определенным четким аспектам. Но эти характеристики науки никак не уменьшают ее творческого нрава.
понимание феномена времени {само по себе} было выдающимся умственным достижением. Разве могла бы наука, стесненная рамками утилитаризма, даже грезить о отрицании стрелы времени, если все природные явления свидетельствуют о оборотном? Вольный полет фантазии привел к построению величавого строения традиционной физики, украшенного потом 2-мя достижениями XX века — квантовой механикой и общей теорией относительности. В этом и состоит таинственная краса физики.
Но научное творчество — не только лишь смелый полет мысли. Так, решение феномена времени не могло быть лишь результатом фантазии, чьего-то орудие исследования действий, до сего времени остававшихся вне досягаемости для серьезной науки. В этом — сущность диалога с природой, в каком мы преобразуем то, что, на 1-ый взор, кажется препятствием, в новейшую точку зрения, меняющую смысл отношений меж познающим и познаваемым.
Описание природы, возникающее практически на наших очах, лежит меж 2-мя обратными картинами — детерминистским миром абстрактных схем и произвольным событийным миром. В этом срединном описании физические законы приводят к новейшей форме познаваемости, выражаемой неприводимыми вероятностными представлениями. Будучи связанными с неустойчивостью (микро- либо макроскопической), законы природы оперируют с возможностью событий, но не делают отдельные действия выводимыми, заблаговременно прогнозируемыми. Такое разграничение меж тем, что выводимо и управляемо, и тем, что непредсказуемо и неконтролируемо, может быть, удовлетворило бы и Эйнштейна.
Прокладывая неширокую тропинку меж мертвенными законами и происходящими событиями, мы обнаруживаем, что значимая часть окружающего нас мира до сего времени «ускользала от расставленных наукой сетей» (выражение Уайтхеда). сейчас раскрылись новейшие горизонты и, естественно, встали новейшие нерешенные вопросцы, где наш разум снова подстерегают угрозы.
]]>