Феноменология и динамика

На протяжении длительного времени в естествознании существуют две основных методологии – феноменология и динамика.

Феноменология (учение о «феноменах» – явлениях) – идеалистическое философское направление, развивающее позитивистские положения и стремящееся освободить сознание от натуралистических установок. Приверженцы феноменологии, а это сегодня подавляющая часть физиков-теоретиков, полагают, что если законы природы, т.е. внешние стороны явлений, «хорошо изучены», то этого достаточно и устройство природы знать не нужно. Наша задача, считают они, не доискиваться причин существования этих законов, а уметь ими правильно пользоваться. Достаточно внешнего описания каждого из явлений, а вовсе не понимания причин, их породивших. Феноменология считает, что можно удовлетвориться лишь внешними проявлениями природы.

Последователи феноменологической методологии считают невозможным и не нужным создание физических моделей, наглядно демонстрирующих сущность каждого физического явления. Ими даже введен в науку «принцип не наглядности», в соответствии с которым представить себе то, что утверждает теоретическая физика, принципиально невозможно, и поэтому затрачивать усилия в этом направлении не нужно, так как все равно ничего не получится. Доискаться до причин, до внутренней природы каждого явления невозможно принципиально. Как, например, можно представить себе искривление пространства или многомерные пространства?

Наиболее просто точку зрения феноменологов выразил Ньютон [52, с. 16]. Он сказал: «Гипотез я не измышляю», что означало отказ от попыток представления внутреннего механизма явлений. А далее он утверждает, что «Гипотезам же метафизическим, физическим, механическим, скрытым свойствам не место в экспериментальной философии». Стоит напомнить, что Ньютон вывел Закон всемирного тяготения не из представления о сути явления, а из параметров движения планет Солнечной системы, определенных Кеплером на основе материалов Тихо Браге. Как хорошо известно, почти для всех планет Солнечной системы Закон всемирного тяготения подтверждается. Он нашел широкое применение в расчетах небесной механики. И тут феноменологический подход себя вполне оправдал.

Однако отсутствие представления о физической природе Закона всемирного тяготения привело к тому, что в силу своей «очевидности» этот «закон» был распространен далеко за пределы той области, в которой он был проверен. В результате этого он привел к известному «гравитационному парадоксу», в соответствии с которым в каждой точке пространства гравитационный потенциал оказался бесконечно велик. А движение планеты Плутон не укладывается в рамки закона Ньютона. Может быть он, этот «закон», не совсем «всемирный»?

Сторонники феноменологии – приверженцы индетерминизм а, неопределенности в устройстве мира. По их мнению, многое в мире случайно и может оцениваться лишь вероятностными характеристиками. Тем более, микромир. По мнению феноменологов, частицы микромира, обладая всеми своими свойствами – массой, магнитным моментом, электрическим зарядом, спином и т.п., никак сами по себе не устроены. Они не имеют никакой структуры и даже не имеют размеров. А поэтому нахождение электрона в атоме подчиняется только вероятностным законам, носит чисто случайный характер и описывается только статистически.

« Принцип неопределенности », получивший имя Гейзенберга, утверждает невозможность одновременного точного определения координат частиц и их импульса (количества движения). Этот «принцип индетерминированности» привел физиков к выводу, что в исследованиях, проведенных на квантово-механическом уровне, точнее, на уровне организации материи на «элементарные» частицы вещества, принципиально не могут быть найдены точные причинные законы детального поведения таких индивидуальных систем и что, таким образом, необходимо отказаться в атомной области от причинности как таковой.

Современная теоретическая физика утверждает, что на уровне микромира никаких механизмов не существует, могут действовать только вероятностные оценки событий и что поэтому нужно оперировать только величинами, которые могут быть измерены непосредственно.

В 1925 В.Гейзенберг в предисловии к квантовой механике [53] написал:

«В работе делается попытка найти основы квантовой механики, которая исходит из соотношений между принципиально наблюдаемыми величинами», и «сделать попытку построить по аналогии с классической механикой – квантовую механику, в которую входят только отношения между наблюдаемыми величинами».

Таким образом, из физики исключались внутренние движения материи, которые относились к «принципиально не наблюдаемым» параметрам.

Эта программа, задуманная В.Гейзенбергом еще в 1925 году, была выполнена. Теория дала великолепные методы вычислений «принципиально наблюдаемых величин» – уровней энергий, частот спектральных линий и т.д. Однако теория уже не могла ничего сказать о траектории электрона в пределах атома, т.к. это было отнесено к «принципиально не наблюдаемым» величинам.

Но главное, что было выполнено этой программой, это то, что из микромира изгнана среда – строительный материал микрочастиц и силовых полей взаимодействий. Влияние материальных тел друг на друга – действие на расстоянии – «actio in distance» – производится без какого бы то ни было промежуточного агента. «Нам не нужна среда для передачи энергии взаимодействия! – утверждают они. – Есть она или ее нет, не имеет значения. Мы все равно не сможем понять ее устройства, поэтому лучше всего считать, что ее нет на свете».

Этим утверждением и «принципом неопределенности» наложены ограничения в познавательной возможности человека по проникновению вглубь микромира и фактически ставится барьер в возможности познания материи и закономерностей реального мира.

Феноменология считает, что если явление функционально (математически) описано, то тем самым оно и объяснено, а на вопрос, почему же все происходит именно так, а не иначе, отвечать вообще не нужно.

Как Нильс Бор в 1913 году «объяснил» поведение электрона, почему электрон не падает на ядро, двигаясь в атоме, который по модели Э.Резерфорда, разработанной в 1911 году, устроен наподобие Солнечной системы? Бор сказал, что электрон не падает потому, что он не теряет энергию. А не теряет энергию потому, что он ее не излучает. А не излучает потому, то он движется по стационарной («разрешенной», по определению Бора) орбите. Оставалось еще сказать, почему же электрон движется по стационарной орбите. Но тут Бор остановился, и все этим были удовлетворены. А ведь на самом деле никакого объяснения не получилось!

Или еще. «Поле – особый вид материи», как написано во многих учебниках. Но это всего лишь смена ярлыков, ничего вообще не объясняющая.

Все это не объяснения, а тавтология. Нужно признать, что феноменологический подход в своем активе имеет большие успехи. Однако и неудачи тоже масштабны. Из многих задач, стоящих перед наукой, внешне описательным методом далеко не все удалось решить. Не удалось и построить единую картину мира, свести все виды взаимодействий в единую систему, хотя этому было посвящено множество усилий таких выдающихся ученых, как, например, Эйнштейн. И не случайно не удается решение ряда важных задач, например, обеспечение человечества термоядерной энергией. Непонимание внутреннего механизма явлений навряд ли помогает найти верный путь при решении этой важнейшей задачи, в которую сил и средств вложено достаточно много.

Поэтому сегодня удовлетворяться феноменологией уже нельзя. Нужен иной взгляд на природу, позволяющий проникать в существо природных явлений. Этот способ называется динамическим.

Динамическая (от слова «динамикос» – сила) методология придерживается иного взгляда на способ изучения явлений. Последователи динамической методологии считают необходимым создание физических моделей, наглядно демонстрирующих сущность каждого физического явления. Они пытаются доискаться до причин, до внутренней природы каждого явления, до их внутреннего механизма. Математическое, функциональное описание явления это всего лишь описание этой модели. Поэтому они, как правило, оперируют механическими моделями, в которых все наглядно, сводя тем самым сущность любых явлений к механике, оперирующей представлениями о механических структурах и перемещениях материи в пространстве.

Следует отметить, что выявление внутреннего механизма любых явлений возможно лишь в том случае, если за связями и взаимодействиями материальных образований, участвующими в них, признается принцип причинности. И здесь вновь возникает необходимость разобраться во взаимоотношении причинности и случайности в физических явлениях.

Как правило, в макроявлениях видно, к каким следствиям приводят те или иные причины. Когда же не все учтено, а все учесть невозможно в принципе, то и результаты частично случайны. Таким образом, случайность выступает не как принцип устройства природы, на чем настаивает современная теоретическая физика, а как результат неполного знания.

Целесообразно напомнить утверждение Ф.Энгельса:

«...но где на поверхности происходит игра случая, там сама эта случайность оказывается подчиненной внутренним скрытым законам. Все дело в том, чтобы открыть эти законы».

Поскольку проявление физических явлений есть следствие внутренних процессов, зачастую неощутимых на достигнутом уровне развития физики, то признание факта причинности имеет принципиальное значение, ибо заранее на всех этапах познания утверждает наличие внутренних механизмов явлений и принципиальную возможность их раскрытия.

Любое физическое явление есть следствие внутренних процессов, зачастую неощутимых на достигнутом уровне развития физики, поэтому признание факта причинности имеет принципиальное значение, ибо на всех этапах познания утверждает наличие внутренних механизмов явлений и принципиальную возможность их раскрытия.

Поскольку все исследования производятся с помощью измерительных устройств, то существенной стороной этого вопроса является проблема погрешностей измерений, которые всегда состоят из трех частей– методологической погрешности, погрешности измерительного прибора; погрешности, вносимой измерительным прибором в измеряемую величину.

Методологическая погрешность связана с выбором метода измерения. Измерения редко бывают прямыми, типа, например, измерения линейкой размеров предмета. Обычно измеряется множество функционально связанных друг с другом параметров, полученные результаты косвенно содержат в себе и интересующую величину. Так при определении массы заряженной частицы получается сложная зависимость между траекторией частицы, напряженностью электрического и магнитного полей, ее зарядом и массой. Неудачный метод создания любого из полей приведет к большим ошибкам, тем более, что в процесс измерения вмешивается множество неучтенных факторов, искажающих результаты измерений.

Примеры второй части погрешности всем очевидны, так как сделать измерительное устройство абсолютно точным не представляется возможным. Однако обычно удается подобрать или создать прибор, точность которого оказывается удовлетворительной для конкретного случая.

Примером третьей части погрешности является измерение напряжения вольтметром в электрической схеме: подключение вольтметра снижает напряжение в исследуемой точке схемы на некоторую величину. Для того чтобы сделать эту погрешность как можно меньше, сопротивление вольтметра должно быть как можно больше. Но это связано с дополнительными трудностями, поэтому бесконечно повышать сопротивление вольтметра нельзя. Нужно выбрать такое значение сопротивления, при котором вносимая погрешность окажется меньше некоторой допустимой величины.

Таким образом, точность измерения принципиально повысить можно, хотя реально это не всегда удается, и если для исследований в микромире этого пока сделать не удалось, то не потому, что так устроена природа, а потому, что такие приборы еще не изобрели. Однако если знать, что этого сделать нельзя, то тогда таких приборов никогда не будет создано, а если знать, что принципиально это возможно, то тогда открывается дорога для поисков, и проблема когда-нибудь будет решена.

Подводя итог, нужно отметить, что мир более детерминирован, чем это сегодня принято считать.

Индетерминированность, так же как и случайность не есть принцип устройства природы, а всего лишь признак неполноты нашего знания, его относительность. Поэтому ряд ведущих физиков не согласен с принципиальным индетерминизмом, они рассматривают случайность как следствие не учета объективно существующих факторов. Не менее важной является другая сторона, связанная с тем, что для проявления эффекта на уровне макропроцесса необходимо накопление изменений на уровне микропроцесса. Данное обстоятельство связано со всякого рода нелинейностями, зонами нечувствительности и обратными связями внутренних регуляторов явлений и пр.

Хорошим примером является образование вихрей в потоке жидкости при некотором соотношении между размерами тела, скоростью и вязкостью среды, называемом числом Рейнольдса. До значения этого числа, равного 1000, вихри не образуются совсем, от 1000 до 2000 течение становится турбулентным, но вихри неустойчивы, а по достижении числом Рейнольдса значения 2000 вихри становятся устойчивыми. Если при этом аппаратура только для обнаружения вихрей, то исследователь может сделать вывод о том, что никаких движений материи на более глубинных уровнях, чем вихри, не существует в природе и что образование вихрей носит случайный характер.

Советский ученый А.К.Тимирязев в книге «Кинетическая теория материи» [55, с. 5] отмечал, что «теория» принципиально не наблюдаемых величин не выдерживает ни малейшей критики. Она опровергается всей историей науки. Было время, когда говорили, что молекулы, атомы и электроны принципиально не наблюдаемы. А в современном электронном микроскопе видны не только молекулы белка, но и отдельные атомы! Про Солнце говорилось, что никогда не станет известным, из чего оно состоит. Это было сказано как раз накануне открытия гелия...

К этому следует добавить, что современные данные об устройстве микромира со всей определенностью говорят о том, что существуют не только микрочастицы уровня элементарных частиц вещества, но и значительно более мелкие «кирпичики» мироздания. Иначе чем, как не общностью строительного материала, можно объяснить тот факт, что при соударении микрочастиц они превращаются в другие микрочастицы, и даже возникла поговорка о том, что «каждая частица состоит из всех остальных»?

Сторонники динамического подхода не признают феноменологического принципа «действия на расстоянии», по которому взаимодействие тел происходит без участия промежуточной среды, и придерживаются точки зрения близкодействия, то есть передачи энергии взаимодействий путем непосредственной передачи энергии от одной точки пространства к другой, непосредственно к ней примыкающей. Но для такой передачи без среды – носителя энергии взаимодействий было уже не обойтись.

Если энергия покинула одно тело и не достигла второго, значит, должна существовать среда, в которой она находится в это время, полагал Дж.К.Максвелл. «Какова бы ни была эта среда, мы будем называть ее эфиром. Во-первых, она способна передавать энергию… Во-вторых, эта энергия передается от тела излучающему телу поглощающему не мгновенно, но некоторое время существует в среде» [56, c. 197-198].

Именно, использовав представление об эфире, он вывел свои знаменитые уравнения электромагнитного поля, которыми мы пользуемся более ста лет и без которых были бы немыслимы ни электротехника, ни радиотехника, ни электроника.

Сторонники динамического подхода придерживаются детерминизма, закономерности в любом явлении. Знание механизма явлений, считают они, дает нам возможность понять причины явлений, а значит, и следствия, из них вытекающие. Конечно, мир бесконечно сложен, и все причины мы знать со всеми деталями, вероятно, не сможем. Однако всегда можно выделить главные, существенные детали механизма, а остальные постигать постепенно, по мере необходимости уточнения.

Но если мы предполагаем, что способны найти этот механизм, мы тем самым считаем, что сам этот механизм окажется нам понятен. А понятен он тогда, когда он аналогичен чему-то такому, что мы уже знаем и понимаем. Отсюда вытекает громадная роль аналогий в деле познания природы.

Необходимо еще раз напомнить, что основой всякого процесса являются скрытые формы движения материи. И если единство Вселенной, ее монизм не пустые слова, то эти формы могут и должны быть найдены на основе обобщенного анализа уже освоенных форм материи и уже известных физических явлений. Не существует никаких принципиальных ограничений для наращивания человеком знаний о природе. Развитие познания беспредельно.