Игнатович Владимир Николаевич. Кризис теоретической физики в ХХ веке

Вывод о кризисе теоретической физики в ХХ веке может сделать любой мыслящий человек, если сопоставит ее развитие в XVII–XIX веках и ХХ веке.

История теоретической физики начинается в 1687 году книгой Ньютона “Математические начала натуральной философии”. Этот труд и сегодня может служить образцом полного и последовательного изложения физической теории. Он включает все необходимые элементы такого изложения – определения исходных понятий, полный перечень лежащих в основе теории законов, изложение методов теоретического исследования, строгие доказательства.

В XVIII веке Эйлер, Даламбер, Лагранж, Лаплас и другие великие физики и математики на основе идей “Начал” Ньютона развивали механику, гидродинамику, акустику, небесную механику. Следует подчеркнуть, что теоретическая физика как единая логическая система, основанная на принципах механики, поначалу охватывала только явления, протекающие в “весомой материи”. Возникшие XVIII веке теории электрических, магнитных и тепловых явлений длительное время существовали отдельно от механики, поскольку в их основе лежали представления о “невесомых материях” – электрической, магнитной, тепловой, существовавших, как тогда представлялось, наряду с “весомой материей”.

Открытие механического эквивалента теплоты (1842–1843 гг.) стало основанием для включения тепловых явлений в систему механической физики – начала развиваться механическая (динамическая) теория теплоты (кинетическая теория материи), исходным положением которой является допущение о том, что теплота – механическое движение невидимых частиц тел – атомов и молекул. Электрические и магнитные явления включил в общую систему механической теоретической физики Дж.К. Максвелл своим “Трактатом об электричестве и магнетизме” (1873 г.) – на основе допущения, что указанные явления представляют собой определенные механические движения эфира.

В речи, произнесенной при открытии Первого международного конгресса физиков (1900 г.), его председатель, президент Французского физического общества А. Корню, сказал: “Дух Декарта веет над современной физикой. Больше того: он является ее светочем. Чем больше проникаем мы в глубь явлений природы, тем более раскрывается перед нами и тем точнее становится смелая концепция картезианской философии относительно механизма вселенной. В мире физическом нет ничего, кроме материи и движения” (Пуанкаре Л. Современная физика. Ч. 1. Эволюция физики. СПб.: Изд-во “Вестника знания”, 1909. С. 8).

Подобную уверенность тогда разделяло подавляющее большинство физиков. И это не случайно. Классическая теоретическая физика, сводившая все физические явления к механическому движению атомов и эфира, в конце XIX века объясняла почти все известные явления. 27 апреля 1900 г. в лекции “Облака XIX века в динамической теории тепла и света” В. Томсон (Кельвин) назвал только две нерешенные проблемы в теориях теплоты и света: движение Земли через эфир и распределение по теории Максвелла – Больцмана.

Развитие теоретической классической физики в XVII–XIX веках можно сравнить с возведением здания. Основные понятия и законы, сформулированные Ньютоном, образовали фундамент. Фундамент упрочнялся и расширялся благодаря разработке других формулировок классической механики (лагранжевой, гамильтоновой). На фундаменте строился первый этаж: механика материальной точки, системы материальных точек, абсолютно твёрдого тела и др.; теории упругости, пластичности, колебаний, гидродинамика, теория вихрей и др. На их основе возводился следующий этаж – теория звука, кинетическая теория газов, теория электромагнитных явлений, а также теории технических устройств и машин – гироскопа, корабля, электромеханических преобразователей. Все теории образуют единую логическую систему и не только проверяются в эксперименте, но и служат основой многочисленных практических расчетов.

Совершенно иную картину представляют созданные в ХХ веке теория относительности, квантовая механика и теории, создаваемые на их основе.

У одних авторов можно встретить утверждение такого рода: “Разумеется, никто и ничто не только не опровергнет, но и не поколеблет теорию относительности и квантовую механику – эти основы современной физики” (Гинзбург В.Л. О физике и астрофизике. М. Наука, 1985. С. 340). У других: “…Нет никаких экспериментальных фактов, подтверждающих громоздкую в математическом отношении теорию Эйнштейна” (Бриллюэн Л. Новый взгляд на теорию относительности. М. Мир, 1972. С. 82); “ОТО не только логически противоречива с точки зрения физики, но и прямо противоречит экспериментальным данным о равенстве инертной и гравитационной масс” (Логунов А.А., Мествиришвили М.А. Релятивистская теория гравитации. М. Наука, 1989. С. 29). Квантовая механика изобилует противоречиями, которые принято называть парадоксами и которые десятилетиями обсуждаются.

Одни получают в 2011 году Нобелевскую премию по физике за открытие ускоренного расширения Вселенной, другие отрицают даже расширение Вселенной (например, Лопез-Корредойра М. Социология в современной космологии (http://bourabai.kz/articles/cosmology.htm)). О теории струн можно прочитать: “Она претендовала на роль единственной теории, которая объединяет все частицы и все силы в природе… В последние двадцать лет в теорию струн было направлено много усилий, но мы все еще не знаем, является ли она правильной” (Смолин Л. Неприятности с физикой: взлет теории струн, упадок науки и что за этим следует. 2006). И подобные примеры можно приводить долго.

Если сравнивать физику ХХ века со зданием, то следует сказать, что две ее основы не только не связаны в единый фундамент, но и каждая из них изобилует противоречиями – парадоксами. Число “туч” в физической теории сегодня в десятки раз больше, чем в 1900 году. После нескольких десятилетий поисков и дискуссий не определены даже направления дальнейших исследований. Более того, в отличие от физики XVII–XIX вв., нет четких границ между познанным и непознанным, достоверным и сомнительным, истинным и ложным.

Поскольку ничего похожего в физике до ХХ века не было, можно заключить, что кризис обусловлен тем, что является общим для теорий, созданных в ХХ веке, и чем они отличаются от теорий классической физики. А отличаются они философией, положенной в их основу.

“Преобладающее влияние на формулировку современных физических теорий имел позитивизм Эрнста Маха… Большинство физиков так прониклись этим позитивизмом в годы своей учебы, что считают его не остроумным методом объяснения объективного мира с позиций субъективизма, а неотъемлемой частью науки. Это положение было почти в самом начале рассматриваемого периода разоблачено В.И. Лениным в его труде “Материализм и эмпириокритицизм”, однако мистификации теоретической физики по-прежнему продолжались…” (Бернал Дж. Наука в истории общества. М. Изд. иностр. лит. 1956. С. 409).

“…Старая физика видела в своих теориях “реальное познание материального мира”, т.е. отражение объективной реальности. Новое течение в физике видит в теории только символы, знаки, отметки для практики, т.е. отрицает существование объективной реальности, независимой от нашего сознания и отражаемой им…Материалистическая теория познания, стихийно принимавшаяся прежней физикой, сменилась идеалистической и агностической…” (Ленин В.И. Материализм и эмпириокритицизм. Полн. собр. соч. Т. 18. С. 271).

А вот свидетельства одного из создателей физики ХХ века, А. Эйнштейна: “…Мне, прямо или косвенно, особенно помогли работы Юма и Маха” (Эйнштейн А. Собрание научных трудов. Т. IV. М. Наука, 1967. С. 29); “…В наши дни преобладает субъективная и позитивистская точка зрения. Сторонники этой точки зрения провозглашают, что рассмотрение природы как объективной реальности – это устаревший предрассудок. Именно это ставят себе в заслугу теоретики, занимающиеся квантовой механикой” (там же, с. 555).

В.И. Ленин подчеркивал: “Различие обеих школ в современной физике только философское, только гносеологическое” (указ. соч., с. 295). В этом высказывании слово “только” имеет такой же смысл, как в утверждении “Иуда только поцеловал Христа”: “Философия естествоиспытателя Маха относится к естествознанию, как поцелуй христианина Иуды относился к Христу” (там же, с. 369). Ведь философия Маха совершила полный разрыв с воззрениями, которые тысячи лет составляли основу европейской философии и науки. Верящий или не верящий в Зевса древний грек, католик Коперник, протестант Кеплер, атеист Лаплас были убеждены в существовании определенного мирового порядка, законы которого человек может познать при помощи логики и выразить при помощи математики. Даже если ученый, подобно Ньютону, верил, во всемогущего бога-вседержителя, он не сомневался в существовании законов, которые бог дал природе и которые не хочет нарушать. И вот появляется Эрнст Мах и отрекается от основы основ европейской философии и науки – убеждения в существовании природной закономерности. Иначе как предательством всех тех, кто двадцать пять веков искал истину, это назвать нельзя.

Но еще хуже Мах поступил по отношению к тем, кто пошел вслед за ним. С античных времен истина понималась как соответствие знаний (мыслей) вещам, а поиск истины считался самым достойным занятием человека. “Истина есть великое слово и еще более великое дело. Если дух и душа человека еще здоровы, то у него при звуках этого слова должна выше вздыматься грудь” (Гегель Г. Энциклопедия философских наук. Т. 1. Наука логики. М. Мысль, 1974. С. 108). А если объективной реальности и объективной закономерности нет, как утверждал Мах, если теории – “только символы, знаки, отметки для практики”, то исследование природы из великого дела поиска истины превращается в какую-то интеллектуальную игру, “разгадывание головоломок” (Т. Кун). Причем правила этой игры требуют не считаться с правилами, выработанными в течение многих веков в ходе поисков истины.

Отказ от идеалов классической науки не мог не привести к кризису в тех областях, где произошел. Некоторые явные проявления кризиса приведены выше; многие обсуждаются в книге Дж. Хоргана “Конец науки. Взгляд на ограниченность знания на закате Века Науки”. Но есть проявления и менее неочевидные. К таким относится отсутствие плодотворных руководящих идей для развития физических теорий.

Важнейшей руководящей идеей классической физики является идея Декарта о необходимости сведения всех явлений к движению однородной материи, направленная против схоластических объяснений свойств предметов их особой природой или качествами (тяжелые тела падают, поскольку им свойственно двигаться вниз). На основе этой идеи создавалась и последовательно развивалась молекулярно-кинетическая теория газов. Простейшая механическая модель газа (молекулы газа – перемещающиеся материальные точки) позволила вывести теоретически известный из опыта закон Бойля – Мариотта, а также вычислить скорость молекул. Последняя оказалась равной сотням метров в секунду, что противоречило опытным данным по диффузии газов. Это противоречие разрешили, учтя размеры и столкновения молекул. Расхождение между вычисленной и найденной экспериментально теплоемкостями устранили, учтя вращения и колебания молекул. Принимая, что различные свойства газов обусловлены движениями одних и тех же молекул, в кинетической теории газов устанавливают количественные соотношения, например между коэффициентами теплопроводности, диффузии и вязкости газа.

Вполне понятно, что без механической модели газа найти теоретически связь между указанными коэффициентами невозможно. Такого рода невозможную задачу 30 лет безуспешно пытался решить Эйнштейн в своих работах по единой теории поля. Ведь единую теорию электромагнитных и гравитационных взаимодействий он создавал отказавшись от допущения, от предположения некоей среды, проявлениями которой являются указанные поля.

Отказ от картезианства закономерно привел к возрождению в физике схоластики, против которой боролись основатели новой европейской философии и основоположники классической физики. Сегодня в теориях элементарных частиц фигурируют “странность”, “очарование”, “цвет” и другие их изначальные “качества”. Кстати, стандартный метод современной теоретической физики: выведение следствий из постулатов квантовой механики и теории относительности – из арсенала средневековых схоластов, выводивших все заключения о мире из Библии и сочинений Аристотеля, без обращения к опыту.

…В последние годы о кризисе теоретической физики пишет всё большее число авторов, однако они, как правило, не могут указать выхода, поскольку даже не упоминают о физическом идеализме, некритично повторяют измышления идеалистов об ограниченности классической физики и не имеют никакого понятия о методах, которыми она создавалась. Таким образом, они пытаются преодолеть кризис в теории не используя идеи, которыми европейская философия и наука руководствовались 25 веков.

Поскольку ложные идеи заложены в основания теории относительности и квантовой механики, преодоление кризиса в физике невозможно путем каких-то частичных улучшений этих теорий, тем более что бесплодность подобных улучшений в ХХ веке была неоднократно доказана. Преодоление кризиса возможно только в том случае, если теории будут создаваться на основе принципов классической физики. В частности, одним из исходных положений теории микромира должно стать следующее: “существует нечто вроде “реального состояния” физической системы, существующего объективно, независимо от какого-то бы то ни было наблюдения или измерения” (Эйнштейн А. Собрание научных трудов. Т. III. М. Наука, 1966. С. 624). Чтобы не начинать эту работу с нуля, следует изучить труды классиков – И. Ньютона, Дж.К. Максвелла, В. Томсона, Г. Гельмгольца, Г. Герца, Дж.Дж. Томсона и других.

Более подробно о кризисе теоретической физики в ХХ веке можно прочитать в книге В.А. Ацюковского “Материализм и релятивизм”. Именно благодаря чтению этой книги автор настоящей статьи занялся исследованиями, результаты которых частично здесь представлены.

Владимир Николаевич ИГНАТОВИЧ,
кандидат технических наук
Киев, Украина

Знаете ли Вы, что такое "усталость света"?
Усталость света, анг. tired light - это явление потери энергии квантом электромагнитного излучения при прохождении космических расстояний, то же самое, что эффект красного смещения спектра далеких галактик, обнаруженный Эдвином Хабблом в 1926 г.
На самом деле кванты света, проходя миллиарды световых лет, отдают свою энергию эфиру, "пустому пространству", так как он является реальной физической средой - носителем электромагнитных колебаний с ненулевой вязкостью или трением, и, следовательно, колебания в этой среде должны затухать с расходом энергии на трение. Трение это чрезвычайно мало, а потому эффект "старения света" или "красное смещение Хаббла" обнаруживается лишь на межгалактических расстояниях.
Таким образом, свет далеких звезд не суммируется со светом ближних. Далекие звезды становятся красными, а совсем далекие уходят в радиодиапазон и перестают быть видимыми вообще. Это реально наблюдаемое явление астрономии глубокого космоса. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.