CC BY
123
КРАТКИЕ НАУЧНЫЕ СООБЩЕНИЯ
УДК 115
М. Г. Годарев-Лозовский *
ТЕОРИЯ ПРОСТРАНСТВА И ДВИЖЕНИЯ: ФИЗИЧЕСКИЙ И МЕТАФИЗИЧЕСКИЙ АСПЕКТЫ
В настоящей работе констатируется противоречие между представлениями о перемещении физических объектов в пространстве в классической и квантовой механике. Предлагается теория, которая, разрешая известные апории Зенона, устраняет это противоречие. При этом основным допущением является атемпоральный характер элементарных перемещений квантовых микрообъектов (в т. ч. атомов) в непрерывном пространстве. Показано, что из совокупности последовательных вневременных телепо-ртаций атомов, составляющих макротело, складывается его темпоральное движение.
Ключевые слова: кинематика, бесконечность, атемпоральность, бестраекторность, реальное пространство, перемещение, квантовая механика.
M. G. Godarev-Losovsky The theory of space and motion
In the present work shown are contradiction between beliefs about space movement of physical objects in classical and quantum mechanics. A theory that resolves the known Ze-nonaporiasand removes this contradiction is suggested. The basic assumption is the atemporal nature of the basic movements of quantum micro-objects (including atoms) in continuous space. It is shown that a set of sequential extra-temporal teleportations of atoms constituting a macro-bodyresults in its temporal movement.
Keywords: kinematics, infinity, atemporallity, lack of trajectory, real space, movement, quantum mechanics.
В. Бернштейн, критикуя господствующую интерпретацию квантовой механики, сделал любопытное наблюдение, что в процессе исторического развития науки отдельные научные дисциплины отпочковались от философии, однако произошел и обратный процесс — основами квантовой механики сейчас занимается преимущественно философия, официальная же физика
* Годарев Максим Григорьевич (псевдоним — М. Г. Годарев-Лозовский) — председатель Санкт-Петербургского Философского Клуба РФО.
Вестник Русской христианской гуманитарной академии. 2016. Том 17. Выпуск 3 357
примирилась с наличием неясных вопросов и их узаконила [3, с. 30]. Одним из таких «узаконенных» неясных вопросов остается вопрос понимания сущности перемещения физических объектов в пространстве. М. Бунге в своей известной книге отмечал:
Не следует ожидать, что в квантовой механике должны существовать кинематика или теория движения лишь по той причине, что она носит неверное название механики... Квантовая механика вовсе не предназначается для ответов на вопросы классической кинематики. Об отношениях между квантовой и классической механикой мы знаем очень мало [4, с. 176].
Ясно одно — физике движение макро- и микрообъектов представляется по-разному. Если в одном случае оно описывается уравнениями движения Ньютона, то в другом — уравнением Шредингера. Известно, что уравнение Шредингера дает набор вероятных решений в виде стационарных состояний и не описывает процессы перехода из одного стационарного состояния в другое. Представляется, что не связанная с вероятностями классическая механика Ньютона и квантовая механика, имея каждая свой специфический язык и аксиоматику, не имеют прежде всего логического согласования друг с другом, строгого доказательства того, что одна переходит в другую [4, с. 264]. Каким же образом согласовать эти различные представления о перемещении в пространстве? В связи с последним вопросом процитируем некоторые интересные мысли Максвелла:
Обычно научное знание растет за счет аккумуляции вокруг конечного числа отличающихся друг от друга центров. Но рано или поздно должно наступить такое время, когда два или более раздела знания уже не могут оставаться независимыми друг от друга, а должны слиться в согласованное целое. каждая наука может показаться достаточно согласованной внутри самой себя, но прежде чем науки смогут быть объединены в одно целое, каждая должна быть освобождена от «известкового раствора», при помощи которого ее части были предварительно скреплены для согласования друг с другом.
Р. Нугаев замечает — Максвелл отдает себе отчет в том, что любое наблюдение всегда несет на себе отпечатки теоретического языка. «следы цемента». Поэтому, по Максвеллу, необходимо создать «нейтральный язык», или теоретический язык, по возможности равноудаленный от всех сравниваемых теорий [17, с. 48]. А какой язык, если не язык философии, равноудален от языка конкретных наук? Вот только с «цементом» нужно очень внимательно разобраться, ибо каждая из наук имеет свои собственные парадигмы и, увы, — собственные же мифы.
Итак, определим текстуально основную проблему, которую мы постараемся решить: как соотнести бестраекторный и траекторный принципы перемещения физических объектов? Представление о движении физического объекта в ньютоновой механике основано на допущении того, что этот объект проходит свой путь последовательно и поточечно. Но известно, что бес-траекторное движение квантовой частицы опровергает подобное допущение (В настоящей работе под термином «движение» предлагается понимать ис-
ключительно перемещение физических объектов в пространстве). К истории проблемы относятся известные апории Зенона из Элеи: Дихотомия, Стрела, Ахиллес и черепаха, которые обнаружили противоречивость движения через бесконечную последовательность отрезков пути непрерывного пространства. Позже Аристотель указывает на возможность разрешить данное противоречие допущением о бесконечной делимости не только пространства, но и времени, т. е. тело за бесконечно малый промежуток времени проходит бесконечно малый отрезок пути и на первый взгляд противоречие разрешается [1, с. 252]. На этом неявном допущении в науку о движении в XVII в. входит дифференциальное исчисление. Однако наименьшего, т. е. бесконечно малого, приращения пути тела в реальности не существует, а бесконечная последовательность отрезков пути не может исчерпаться по определению [12, с. 43]. Апории Зенона логически остаются неразрешимыми.
Необходимо отметить, что еще в средневековой арабской философии физическое движение могло рассматриваться как уничтожение тела и его возникновение заново, т. е. как движение путем мгновенного скачка, которое совершает тело от одного места к другому, минуя промежуточные места [5, с. 67]. С рождением квантовой механики проблема понимания сущности движения заявляет о себе с новой силой и в новом контексте — необходимо осознать и осмыслить совершенно новое явление, т. е. квантовые скачки.
В 1925-1927 гг. проблему интерпретации квантовых скачков обсуждают основатели квантовой механики. При этом их позиции принципиально расходятся: Э. Шредингер скачки отрицает; А. Эйнштейн фактически объясняет наличием скрытой траектории частицы; В. Гейзенберг отрицает, что скачки происходят в пространстве и времени; Н. Бор отрицает их наглядность и просто постулирует [6, с. 62]. С осени 1927 г. утверждается господствующая ныне копенгагенская интерпретация квантовой механики, в основе которой запрет на вопрос о том, что есть квантовый объект вне его наблюдения и принцип: «Считай и не задавай философских вопросов». Однако физика, как справедливо замечает А. Севальников, в конечном счете интересует именно этот «запрещенный» вопрос — что есть объект сам по себе? [18, с. 69].
Когда В. Гейзенберг высказывает свое суждение относительно внепро-странственно-вневременной интерпретации сущности квантовых скачков, он не догадывается, что прав только наполовину. Ибо эти скачки действительно реализуются вне времени, но исключительно в пространстве. Ошибка Гейзен-берга не случайна, ведь он мыслит категориями релятивистского пространства — времени. Однако квантовая частица в отличие от частицы в четырехмерном континууме не имеет траектории, а это означает, что у нее нет мировой линии! Бор это чувствует и поступает иначе, он следует ньютонову принципу: «Физика — бойся метафизики!» и фактически отказывается признать квантовые скачки физическим процессом. Он предлагает свои известные принципы соответствия и дополнительности. Учитывая авторитет Бора, многие до сих пор необоснованно полагают, что эти принципы полностью исчерпывают проблему гармонизации представлений о движении микрообъектов и макротел в пространстве. В частности, критика подобных заблуждений «копенгагенцев» содержится в работе А. Липкина [16, с. 110].
В период становления квантовой механики крупнейший математик своего времени Д. Гильберт по существу призвал физиков отказаться от неадекватных представлений о движении микрообъектов в пространстве и времени, но, к сожалению, услышан не был [7, с. 37].
В развитие этой идеи Гильберта значительно позднее, в 2013 г., М. Года-ревым-Лозовским был предложен принцип атемпоральности: «Некоторые параметры квантового микрообъекта (в т. ч. координаты, направление поляризации и др.) изменяются атемпорально» [8, с. 60]. Теория физического пространства и движения, развивая принцип атемпоральности, превращает его в научно-философскую теорию. Предлагаются следующие философские основания для этой теории, в которых исходным является принцип различения: «Существует только то, что имеет различие» [13, с. 302]. Это означает, что по отношению к пространству и времени существуют четыре различных взаимодополнительных типа реальности. Их структуру отражает подход к фундаментальным типам реальности В. Фалько. Суть его в интерпретации автора настоящей статьи в следующем. Полный класс фундаментальных типов реальности составляют четыре группы процессов:
а) физический процесс, который реализуется в пространстве и времени (например физические взаимодействия);
б) духовный процесс, который реализуется вне времени и вне пространства (например, в соответствии с религиозными представлениями, жизнь души в посмертном мире);
в) психический процесс, который реализуется во времени, но не локализуем в пространстве (например, в соответствии с известными исследованиями Р. Моу-ди, процесс восприятия действительности в состоянии клинической смерти);
г) информационный процесс, который реализуется вне времени, но в пространстве (например динамика информационного континуума) [19, с. 161].
Подход В. Фалько позволяет признать старательно игнорируемую многими физиками вневременную реальность, хотя нет ничего удивительного в том, что электростатика обходится без понятия времени. Но прежде чем излагать саму нашу теорию, ответим на следующий вопрос: каков реальный смысл известной дискретности, связанной с движением, т. е. каков смысл, образно выражаясь, «скачков координат микрообъекта» при его перемещении? В квантовой механике определяемое по макроскопическим часам время является переменной величиной. Эта величина де-факто выполняет роль скрытого параметра эволюции некоторых состояний. По молчаливому соглашению к эволюционирующим во времени динамикам относят даже квантовый скачок электрона в атоме с одного энергетического уровня на другой. При этом полагают, что некоторые потенциально наблюдаемые параметры частицы не имеют физического смысла и объявляются несуществующими. К таким параметрам в частности относят актуальные координаты микрообъекта в пространстве до их измерения [9, с. 148].
Однако представляется, что обозначенная выше — назовем ее темпоральной — парадигма является ошибкой. Ведь именно время как ненаблюдаемая величина лишено физического смысла при рассмотрении динамики некоторых состояний. К процессам, лишенным длительности, мы можем отнести элементарный (т. е. далее неделимый) бестраекторный скачок координат микрообъек-
та, который вполне согласуется с логическим законом исключенного третьего. Если объект Х находится в одном из А и В, то он не находится в другом, находясь одновременно, но последовательно в разных местах. Логика также требует, чтобы субъективно неопределенные, но при этом актуальные и потенциально наблюдаемые состояния обрели физический смысл до момента измерения.
К потенциально наблюдаемым параметрам мы можем отнести актуальные координаты микрообъекта до их измерения, последовательность которых, вероятно, не зависит от временной последовательности. При этом серию элементарных (неделимых) перемещений квантовой частицы допустимо только в некотором приближении рассматривать квазиклассически, описывая ее непрерывной функцией. Удивительно, но сам Эйнштейн допускал возможность отказа физики от пространственно-временного континуума и непрерывных функций. Он писал: «Можно думать, что человеческая изобретательность в конце концов найдет методы, которые позволят следовать этому пути» [21, с. 56]. Возможно, что функция, разрывная в каждой точке, как полагает В. Янчилин, действительно отражает суть серии элементарных перемещений частицы в пространстве [22, с. 29]. С. Артеха задается вопросом: «Что мешает выбрать в качестве волновой функции обобщенную функцию или функцию с разрывом, скачком и др. (что могло бы "скомпенсировать" некоммутативность и устранить якобы одновременную неизмеримость величин)?» [2, с. 107]. Как уже упоминалось, нами предложен принцип атемпоральности: некоторые параметры квантового микрообъекта, в том числе координаты в пространстве, изменяются атемпорально [8, с. 60].
Действительно, соотношение неопределенности Гейзенберга показывает — наличие координат у квантовой частицы несовместимо с одновременным наличием у нее скорости. При этом координаты, пусть и неопределенные, частице присущи всегда. Это означает, что скорость при элементарном перемещении микрообъекта становится «вне закона». С. Артеха язвительно замечает по этому поводу:
Чему же по физическому смыслу отвечают собственные функции оператора импульса? Частице, которая одна во всей Вселенной и летит с постоянной скоростью неизвестно относительно чего и даже неизвестно где, так как «размазана» во всей Вселенной. Замечательно емкое понятие! [2, с. 107].
Косвенно на незаконность такого понятия, как скорость элементарного перемещения микрообъекта, указывает со своей стороны сама невозможность описания квантовой частицы с помощью уравнений движения Ньютона.
Но на что указывает тогда уравнение Шредингера? Определим амплитуду вероятности в духе работы Г. Левина как средство описания, характеристику актуально происходящего до момента измерения [14, с. 97]. Именно то, что объективно и актуально происходит в действительности, описывает вероятностно уравнение Шредингера. Это уравнение также допустимо трактовать в пользу атемпоральности: даже в бесконечно малый отрезок времени имеется вероятность пребывания частицы в некотором конечном объеме 8у, а в следующий за ним бесконечно малый отрезок времени сИ2 имеется вероятность отсутствия частицы в этом же объеме.
Но о каком пространстве все же идет речь?
Известно, что математический формализм квантовой механики формулируется в терминах гильбертова бесконечномерного пространства. Постепенно это вспомогательное математическое пространство стало ассоциироваться с реальным трехмерным физическим пространством. Однако только ассоциироваться, но — что очень важно — не заняло его места! При этом учитывая: а) противоречия между квантовой механикой и теорией относительности, в частности отсутствие траектории у квантовой частицы [18, с. 146]; б) однородность распределения вещества в космологических масштабах; в) топологическую инвариантность ньютонова пространства и др. — реальное пространство физического мира несомненно является нерелятивистским т. е. евклидовым и трехмерным! Привлечение дополнительных пространственных измерений для рассмотрения перемещения квантовых микрообъектов в соответствии с принципом «бритвы Оккама» представляется избыточным, являясь при этом совершенно ненаглядным.
Непрерывность пространства общепринята, ведь Демокритова концепция конечных атомов как элементов пространства — анахронизм уже со времен И. Канта. «Всякое созерцаемое в своих границах пространство есть такое целое, части которого при всяком разложении в свою очередь все еще представляют собой пространства, и потому оно делимо до бесконечности» [11, с. 473]. А Г. Кантор полагал актуально-бесконечное множество, мыслимое как целое, как данность — самоочевидным понятием, что относилось, однако к математическому континууму. Действительно, десятичная дробь 0,333. бесконечно делима сразу как данность без учета процесса потенциального деления этой величины.
Относительно физического пространства известно, что его дискретность весьма сомнительна как в теории, так и в эксперименте [10, с. 286-287].
Теория пространства
1) Имеется доказательство существования Абсолюта и не имеется доказательств существования абсолютной пустоты. Например, позицию У Хетчера можно выразить в следующем высказывании: поскольку ни один из известных науке составных феноменов не самообусловлен, постольку имеется один и только один самообусловленный феномен С, причем этот феномен С является простой (несоставной) всеобщей причиной, т. е. причиной любого существующего феномена [20, с. 90-91]. Но двух Абсолютов быть не может, и, соответственно, не существует абсолютной пустоты. При этом никогда не может быть доказано, что несуществующее, т. е. ничто, пустота существует, утверждал Парменид.
2) В связи с отсутствием существования абсолютной пустоты реальное трехмерное физическое пространство, заполненное материей, актуально бесконечно делимо.
Теория движения
3) Ввиду актуальной бесконечной делимости пространства элементарное (т. е. далее неделимое) перемещение в нем квантового микрообъекта атемпо-рально и бестраекторно. Д. Гильберт и П. Бернайс, намечая путь к разрешению известных апорий Зенона, рассуждают следующим образом:
Подобно тому, как при неограниченном пространственном дроблении вода перестает быть водой, при неограниченном дроблении движения также возникает нечто такое, что едва ли может быть охарактеризовано как движение. ... Действительно ли мы располагаем доказательством непротиворечивости математической теории движения?.. Мы вовсе не обязаны считать, что математическое пространственно — временное представление о движении является физически осмысленным также и в случае произвольно малых пространственных и временных интервалов [7, с. 37-38].
Необходимо отметить, что в предлагаемой модели движение микрообъекта представляет собой сумму состояний его покоя, во время которого происходят взаимодействия этой частицы со средой.
4) Темпоральное движение макротела складывается из последовательных атемпоральных перемещений атомов, составляющих это тело. В соответствии с концепцией А. Левича, «движение происходит не путем "раздвигания" элементов субстанции, а путем их замены в системе, т. е. "вхождения" в систему одних "точек"., пространства и выхода других» [15, с. 335-337].
Известно лаконичное выражение академика Л. А. Арцимовича: «Правильное просто», предлагаемая теория — предельно проста.
На основании теории физического пространства и движения возможны следующие предположения:
1) всякое фундаментальное теоретическое построение, явно или неявно основанное на дискретности пространства или времени, обречено на расходимости;
2) время квантового туннелирования всякого множества объектов всегда будет стремиться к нулю;
3) формулы движения классической механики можно корректно получить из формул квантовой механики только с учетом атемпоральной гипотезы.
В заключение можно констатировать, что с появлением квантовой механики гипотетическое признание атемпоральности перемещения частиц вступило бы в конфликт с представлением о физическом (но не метафизическом!) характере перемещения объектов в пространстве. Теория физического пространства и движения предлагает новые метафизические основания для фундаментальных концепций современной квантовой физики.
ЛИТЕРАТУРА
1. Аристотель. Физика // Аристотель. Соч.: в 4 т. — Т. 3. — М.: Мысль, 1981.
2. Артеха С. Н. Основания физики. Критический взгляд. Квантовая механика. — М.: URSS, 2015.
3. Бернштейн В. М. Развитие электродинамики Гаусса-Вебера: квантовая механика без волновой теории // Фундаментальные проблемы естествознания и техники. Международный конгресс-2000. — СПб., 2000.
4. Бунге М. Философия физики. — М.: Прогресс. 1975.
5. Гайденко П. П. История новоевропейской философии в ее связи с наукой. — М.: Книжный дом «Либриком», 2011.
6. Гейзенберг В. Часть и целое. — М.: URSS, 2012.
7. Гильберт Д., Бернайс П. Основания математики. Логические исчисления и формализация арифметики. — Т. 1. — М.: Наука, 1982.
8. Годарев-Лозовский М. Г. Возможность и онтологические основания атемпо-ральной интерпретации квантовой механики. // Вестник пермского университета Сер. Философия. Психология. Социология. — 2014 — Вып. 1 (17).
9. Гринштейн Дж., Зайонц А. Квантовый вызов. Современные иносследования оснований квантовой механики. — Долгопрудный: Издательский дом «Интеллект», 2008.
10. Каганов М. И., Любарский Г. Я. Абстракция в математике и физике. — М.: Физ-матлит, 2005.
11. Кант. И. Соч.: в 6 т. — Т. 3. — М., 1964.
12. Катасонов В. Н. Метафизическая математика XVII века. — М.: URSS, 2014.
13. Колычев П. М. Релятивная онтология и релятивистская квантовая физика. Материалы научной конференции 17-18 июня 2010. — М.: Книжный дом «Либриком», 2010.
14. Левин Г. Д. Что есть вероятность? // Вопросы философии. — 2014. — № 2.
15. Левич А. П. Моделирование времени как методологическая задача физики // Философия физики: материалы международной научной конференции 17-18 июня 2010. — М.: Книжный дом «Либриком», 2010.
16. Липкин А. И. Основания физики. Взгляд из теоретической физики. — М.: URSS, 2014.
17. Нугаев Р. М. Генезис электродинамики Максвелла: интертеоретический контекст // Философия науки. — 2014. — № 2 (61).
18. Севальников А. Ю. Интерпретации квантовой механики. В поисках новой онтологии. — М: УРСС, 2009. С. 6, 69-70.
19. Фалько В. И. Типы философских онтологий физики // Философия физики: Материалы научной конференции 17-18 июня 2010. — М.: Книжный дом «Либроком», 2010. С. 161-163.
20. Хэтчер У. Минимализм. — СПб., 2003. С. 90-91.
21. Эйнштейн А. Физика и реальность. — М.: Наука, 1965. С. 56-57.
22. Янчилин В. Л. Квантовая нелокальность. — М.: URSS, 2010. С. 29-37.
