CC BY
23
тельских институтах, как Московский и Сибирский энергетический институты, Новосибирский государственный технический университет, Всесоюзный научно-исследовательский институт электроэнергетики, Институт электронных управляющих машин и других. Научные школы в области автоматизации энергетических систем были созданы также в образовательных учреждениях нынешних России, Узбекистана, Эстонии и Украины (с. 106). В 1970-1980 гг. в Институте электродинамики была создана мощная научная школа, чьи исследования были сосредоточены на расчете переходных режимов и устойчивости энергетической системы; расчете и анализе нормальных и аварийных режимов; расчете параметров устройств защиты; анализе и прогнозировании электрических нагрузок; развитии режимов оперативного управления (с. 107).
Р. С. Гранин
2018.03.010. КУУСК П. ФИЗИЧЕСКАЯ РЕАЛЬНОСТЬ, ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ФИЗИКА И МАТЕМАТИКА - 15 ЛЕТ СПУСТЯ. KUUSK P. Physical reality, theoretical physics, and mathematics -15 years later // Acta Baltica historiae et philosophiae scientiarum. -Tallinn, 2016. - Vol. 4, N 2. - P. 88-97.
Ключевые слова: общая теория относительности; научный антиреализм; научный реализм; пространство-время; телепараллельный эквивалент Общей теории относительности.
Автор статьи Пирет Кууск1 пишет, что физики обычно оперируют довольно простым понятием физической реальности - объектом, который они исследуют в экспериментах, подразумевая под последними события в реальном мире. В теоретической физике объектом исследования выступает не сам реальный мир, но его математическое описание, которое рассматривается как максимально точное описание физической действительности. Автор предоставляет доводы из философии науки и, в частности, из недавней работы по теории гравитации, которые указывают на возможность от-
1 Старший научный сотрудник и глава лаборатории теоретической физики в Институте физики Тартуского университета. Она получила докторскую степень в области теоретической и математической физики в 1990 г. Область ее научных интересов - теоретическая фундаментальная физика в целом и гравитационные явления в частности.
стаивания также и антиреалистических взглядов на физическую реальность и возможность разъяснения того, в каком смысле обе точки зрения могут быть жизнеспособными.
Отправной точкой статьи, пишет автор, послужила ее публикация, вошедшая в урезанном виде в сборник «Эстонские исследования по истории и философии науки», изданный под редакцией Рейна Вихалемма 15 лет назад. Книга состоит из 22 статей 24 авторов, среди которых философы, историки и физики. П. Кууск отмечает, что ее подход к вопросу о реализме и антиреализме в физике был вдохновлен точкой зрения Пенелопы Мэдди, представленной в ее книге «Натурализм в математике» 1990 г. Она предложила рассмотреть фактическую работу математиков и предположила, что это может быть сделано с помощью использования методов [физической] науки, например, гипотетико-дедуктивного метода, хотя сама математика отличается от науки, и в своей профессиональной деятельности математики используют аксиоматические методы и строгую логику вместо методов науки. Но, согласно Мэдди, математические действия являются научной деятельностью, которая может быть натурализована. Стратегия Кууск аналогична, она исходит из фактического развития фундаментальной теоретической физики и прослеживает, как сами ученые интерпретируют и понимают свою работу в связи с проблемой реализма и антиреализма (с. 89).
Многие физики сходятся на том, что физические исследования - это естественное продолжение здравого смысла, вне прямого чувственного восприятия. В классической физике определение физической реальности задано как продолжение непосредственно наблюдаемого повседневного мира. Однако даже в структуре классической физики физические исследования не касаются всего мира, но только определенных явлений, которые физика в состоянии исследовать. Эти явления обнаруживаются исследователем, а не созданы им. Общепринятая и экспериментально проверенная часть квантовой физики, описывающая реальный мир, дана на языке математики. Это означает, что мышление о мире точным образом соответствует математическим формулам. Но также физическая действительность имеет тенденцию быть описанной аналогично посредством понятий и суждений. Они сформированы на основе математических понятий и формул, но не совпадают с ними. Они
включают человеческое воображение, которое заполняет промежутки формальной структуры, заданной математикой. Два типа математического рассуждения могут быть выделены в теоретической физике - феноменологический подход и математический подход. С точки зрения феноменологического подхода основные части математики можно рассмотреть как описание физической действительности, т.е. математика выводима из физики. С точки зрения математического подхода онтологические последствия физической действительности могут быть получены на основании, по крайней мере, некоторых математических теорий, т.е. физика выводима из математики. Оба подхода достаточно эффективны, и нет причин предпочесть один из них и отклонить другой. В настоящее время предельной целью фундаментальной теоретической физики считается объединение физики (создание единой теории всего), движущей силой этого выступает математический язык, а не экспериментальные результаты (с. 90).
В 1930-1920-х годах ведущими направлениями в философии науки были логический эмпиризм и логический позитивизм, которые выводили науку исключительно из человеческого опыта и логических операций, не заботясь об онтологии реального мира. В 1950-1960-х годах научный реализм возвратился и преобладал в философии науки так же, как и идеи самих ученых. Однако в работах физиков философы скоро начали замечать несколько антиреалистических тенденций. Что было отмечено, в частности, в двух книгах Нэнси Картрайт о физических законах: «Как лгут законы физики» (1983) и «Пестрый мир: исследование границ науки» (1999). Основным утверждением первой книги (название которой может показаться несколько оскорбительным для физиков) является то, что фундаментальные принципы физики XIX в. - сохранение энергии, рост энтропии, сохранение электрического заряда и т.д. -выполняются только в теории, но никогда не соблюдаются полностью в реальном физическом эксперименте. Все, что происходит в мире, - уникально, поэтому только феноменологические законы могут описать естественные процессы. Во второй книге Картрайт поменяла свою точку зрения, полагая также, что общие законы безоговорочно верны, но, правда, не как единый закон, а как пестрое соединение самых разных законов, внося, таким образом, плюрализм в действительность мира (с. 91).
Другая концепция в рамках антиреалистического подхода была предложена Басом ван Фраассеном, который основывал свой глубоко антиреалистический эмпирический конструктивизм на понятии, введенном Уилфридом Селларсом, о двух структурах в представлении мира: явном представлении, унаследованном из повседневной жизни и ранней философии, и научном изображении, которое основано на постулатах, установленных современной наукой. Так как обе эти структуры логически обособлены и взаимно противоречивы, они не могут быть верны одновременно. Селларс был научным реалистом и полагал, что обе структуры подходили для описания реального мира. Однако ван Фраассен сделал другой выбор: он сохранил научное представление и вообще не рассматривал «реальный мир». В своей известной книге «Научное представление» (1980) он писал: «Наука стремится дать нам теории, которые соответствуют опыту; принятие теории подразумевает веру в то, что она соответствует опыту», и далее: «Представить теорию означает определить семейство структур ее моделей; и во-вторых, точно определить отдельные части тех моделей (эмпирические субструктуры), которые являются кандидатурами на непосредственную репрезентацию наблюдаемых феноменов» (с. 92). Согласно его эмпирическому конструктивизму, цель науки не найти истинное описание реального мира, в смысле соответствия теории истине, но дать описание, которое верно только относительно эмпирических данных.
Роналд Гьер развивал идею научных моделей как оснований науки, но принял во внимание также автора моделей, вместе с его намерением использовать их для конкретной цели. Он писал: «Каким образом каждый ученый соединяет абстрактные модели с определенными реальными физическими системами? Это требует по крайней мере двух процессов, которые я называю "интерпретацией" и "идентификацией"» (с. 92). Далее он поясняет: «Для интерпретации элементов абстрактной принципиальной модели предоставляют общие физические интерпретации, такие как "масса", "положение" и "скорость". Такие интерпретации уже присутствуют в формулировках, которые характеризуют принципиальные модели. Ученые не начинают с "неинтерпретируемого" формализма, и не "добавляют" затем интерпретации. Для определения элементов представительной модели их идентифицируют (координируют) с
элементами реальной системы. Мы, как теоретики науки, должны ли сделать более подробный отчет о процессах интерпретации и идентификации? Я думаю, нет» (с. 92). Как поясняет П. Кууск, так как вопрос корреспондентности элементов моделей с элементами реального мира, как объявляется, неважен, ясно, что гьеровская концепция науки антиреалистична. Физики обычно не читают философские статьи и не интересуются обсуждениями философов. Однако иногда их собственная профессиональная работа приводит их к точкам зрения, которые имеют аналоги в современной философии.
История физики, пишет Кууск, показывает, что ни одна физическая теория не может жить вечно. Известно, что приблизительно 700 лет назад физика Аристотеля считалась истинным описанием реального мира, а в настоящее время нельзя даже вообразить, какие теории заменят, например, квантовую механику или Общую теорию относительности Эйнштейна спустя 700 лет. Этот факт возможно рассматривать как аргумент против научного реализма. Но у интуиции и воображения, конечно, есть значительная эвристическая роль в научной работе, и это вдохновляет физиков интерпретировать свои теории более или менее реалистично, по крайней мере в контексте их повседневных научных исследований. Они имеют тенденцию сохранять свою реалистическую позицию даже в тех ситуациях, когда понятие физической действительности является неоднозначным. Это может быть проиллюстрировано на примере недавних открытий в гравитационной физике.
В настоящее время Общая теория относительности (ОТО) широко принята как самое надежное описание гравитационных явлений, она проверена во множестве экспериментов и наблюдений. Согласно ОТО, гравитационные феномены являются прямыми следствия того, что пространство-время искривлено особым образом, что детерминировано материей пространства-времени. Типичной иллюстрацией этого факта является изображение сферы, лежащей на плоскости и продавливающей ее своей массой. Хотя пространство-время является четырехмерным, данные двухмерные иллюстрации встречаются не только в популярной литературе, но и в научных работах. Математическая формулировка ОТО включает утверждение, что пространственно-временное многообразие ис-
кривлено, но не является торсионным (закрученным)1. В поисках объединенной теории для силы тяготения и электромагнитной силы Эйнштейн предложил смоделировать пространство-время как крученое. Он получил соответствующие уравнения поля и попытался найти их правильную интерпретацию. Но его попытка потерпела неудачу, так как теория не позволила получить решения для изолированного сферически симметричного статического материального тела, которое могло бы описать, например, знакомые гравитационные свойства Солнца или Земли.
Теорию оставили и забыли на долгие годы, но в последнее время она была возрождена в новом виде. Было замечено, что с определенными математическими переопределениями и преобразованиями уравнения в новой формулировке совпадают с аналогичными уравнениями ОТО. Откуда была получена дублирующая теория - «телепараллельный эквивалент Общей теории относительности» («телепараллельная гравитация»). Хотя математически эквивалентная, она концептуально отличается от ОТО. В частности, физическое пространство-время в ней считается не искривленным, а плоским и торсионным (с. 94).
В заключение автор пишет, что 15 лет назад, суммировав свои взгляды на теоретическую физику и математику, она представила их как точку зрения всех физиков; но в настоящее время она не осмеливается на подобные обобщения и экстраполяции, стараясь не выходить за рамки личного понимания. Кажется, что современная фундаментальная физика стремится найти (математически сформулировать) такое объяснение, которое соответствовало бы экспериментальным и наблюдаемым данным настолько максимально точно, насколько это возможно. Это, конечно, только математическая модель, но автор склонна рассматривать ее как более или менее точное описание физической действительности. Однако
1 Торсионные поля (от фр. Torsion, от лат. torsio - кручение) - термин, введенный математиком Эли Картаном в 1922 г. для обозначения гипотетического физического поля, порождаемого кручением пространства. Как общая теория относительности обобщила пространство Минковского, введя переменное метрическое поле, так и псевдориманово пространство-время ОТО можно обобщить, введя переменное кручение связности. Простейшей из теорий, вводящих кручение, является теория гравитации Эйнштейна - Картана. Экспериментальные попытки обнаружить торсионные поля не принесли результатов.
относительно тех областей реальности, которые нельзя непосредственно наблюдать, возможно построить модели, которые больше походят на математические фантазии, чем на вероятное описание реальности. Действительно, в таких областях экспериментальные и наблюдаемые данные недостаточны, что оставляет множество разнообразных возможностей для объединения их в единую математическую структуру. Сейчас исследователи сталкиваются с дилеммой: они могут поддержать реалистическую точку зрения в отношении определенной модели, которую они исследуют, или могут выбрать более широкий взгляд, предпочтя антиреалистическую точку зрения в отношении всех возможных моделей. У каждой из этих точек зрения есть обоснование, но, конечно, они должны применяться исключительно в контексте соответствующих структур и не одновременно (с. 96).
Р. С. Гранин
