Лекция № 10 Современные направления исследований

39. Парадокс Эйнштейна—Подольского—Розена

Точка зрения Н. Бора, В. Гейзенберга и их сторонников, на­званная копенгагенской интерпретацией квантовой механики, конечно, не могла быть воспринята безоговорочно многими физи­ками, оставшимися верными идеалу строго детерминированного, причинно-следственного описания движения физических объ­ектов. Так, А. Эйнштейн не принял принципиально статисти­ческий характер копенгагенской интерпретации квантовой теории. Дискуссия между Бором и Эйнштейном длилась около десяти лет и сыграла очень важную роль в формировании основ квантовой теории. Именно этот спор привел к более глубокому пониманию концепции целостности. Свое содержательное раз­витие эта концепция получила благодаря работе трех авторов - А. Эйнштейна, Б. Подольского и Н. Розена «Можно ли считать кван-тово-механическое описание физической реальности полным? опубликованной в 1935 г. В этой работе формулируется парадокс, названный парадоксом Эйнштейна-Подольского-Розена (ЭПР-парадокс). В ЭПР-парадоксе предложена следующая ситуация. Пусть некоторая частица самопроизвольно распадается на две частицы, которые расходятся на столь большое расстояние друг от друга, что физическое взаимодействие между ними исключается. Тогда если квантовая механика верна, то измерение, произведен­ное над одной из частиц, должно приводить к однозначному пред­сказанию соответствующей характеристики (импульса, момента импульса, спина - в зависимости от типа измерения над первой частицей)другой.

Иными словами, без эксперимента над второй частицей, без возмущения ее, на основании квантовой механики должно по­лучаться определенное числовое значение ее характеристик не­зависимо от акта воздействия. Следует сказать, что в настоящее время ЭПР-парадокс надежно подкреплен экспериментами. Из­вестно, что Бор дал немедленный ответ на рассуждения авторов парадокса, утверждая, что физическую реальность необходимо трактовать на основе идеи нераздельности экспериментальной ситуации, неделимости и целостности квантовых явлений. ЭПР-парадокс для своего решения открывает возможность для более полного использования концепции целостности, не апеллирующей к целостности экспериментальной ситуации. Здесь речь идет уже не о целостности экспериментальной ситуации, а о целостности квантовой системы, об особом коррелятивном, взаимосвязанном поведении квантовых объектов. Объекты, составлявшие некогда единое целое, разведенные друг от друга на расстояния, исклю­чающие взаимодействия, сохраняют на себе печать прошлого, и любые изменения одного партнера приводят к коррелятивному поведению второго. Этот перенос состояния с одной частицы на другую, независимо от того, как далеко друг от друга они нахо­дятся, называют квантовой телепортацией. Мир предстает перед нами как единая целостная единица, несводимая к механическому разложению его на составляющие части. Этот результат, имеющий глубокое мировоззренческое значение, является едва ли не самой удивительной страницей в истории физики и имеет далеко идущие перспективы по развитию телепортационных способов передачи информации. XXI в., по всей видимости, станет веком квантовой телепортации.

40.

Состояние квантово-механической системы.

Различие между закономерностями

статистической классической физики

и статистическими закономерностями квантовой

механики

"

Понятие состояния в квантовой физике включает в себя ха­рактеристики макроокружения, которые приготавливают объект определенным образом для исследования.

Вследствие фундаментальной особенности явлений микромира, математическим выражением которой является соотношение не­определенностей Гейзенберга, фиксирующее наличие у частиц как корпускулярных, так и волновых свойств, в квантовой механике можно говорить лишь о вероятности того или иного значения динамической переменной и о среднем значении динамической переменной, а не об ее определенном числовом значении в данный момент времени. Поэтому классическое описание движения частиц в квантовой механике теряет смысл. Весь анализ явлений микроми­ра проводится на языке понятий классической физики, таких, как волна и частица, постольку, поскольку мы не обладаем иными по­нятиями. Ирония здесь состоит в том, что эти классические понятия отражают свойства объектов микромира неполно и односторонне. В квантовой механике вектором состояния является волновая функ­ция кси. Великий австрийский физик Э. Шредингер, проникшись идеей Л. де Бройля о волнах материи, создал теорию, в которой дис­кретные стационарные состояния энергии уподоблялись стоячим волнам какой-либо системы. В аппарат квантовой теории прочно вошло в качестве ее основного уравнения уравнение Шредингера относительно волновой функции кси. Сам Шредингер интерпрети­ровал кси-функцию как реальный волновой процесс в пространстве и во времени, который в конечном счете должен приводить к от­рицанию дискретных состояний и квантовых скачков. Однако дальнейшее развитие теории показало неадекватность подобных представлений, и волновая функция кси стала интерпретироваться как волна вероятности, а квадрат ее модуля - как мера вероятности обладания микрообъектом определенной координаты или в другой, дополнительной к первой, физической ситуации - определенного импульса. Итак, волновая функция получила статус волны вероят­ности, чем еще раз подчеркивается статистический, вероятностный характер поведения микрообъектов. Казалось бы, что о причинно-следственном описании движения объектов следует забыть. Однако это не так. Уравнение Шредингера описывает эволюции кси-функции с течением времени, является детерминированным и обратимым. Де­терминированность и обратимость уравнения Шредингера определяют ситуацию в квантовой механике, аналогичную ситуации в классической механике, однако квантовая механика обладает важным отличием, состоящим в том, что в квантовой теории предсказуемы только веро­ятности, а не отдельные события. Волновая функция представляет собой полную характеристику состояния: зная волновую функцию кси, можно вычислить вероятность обнаружения определенного значения физической величины и средние значения физических величин. Суще­ствует важное различие между описанием состояния в статистической физике и в квантовой механике. Статистические закономерности в классической физике являются результатом взаимодействия большого числа частиц, поведение каждой из которых описывается законами классической механики. Если система состоит из малого числа частиц, то статистические закономерности перестают действовать, соответству­ющие статистические понятия теряют смысл. В квантовой же механике, согласно экспериментам, статистические закономерности отражают свойства каждой отдельной микрочастицы.

41. Релятивистская квантовая физика. Античастицы и виртуальные частицы

В 1927 г. английский физик П. Дирак, рассматривая уравнение Шредингера, обратил внимание на его нерелятивистский характер. При этом квантовая механика описывает объекты микромира, и хотя к 1927 г. их было известно только три: электрон, протон и фотон (даже нейтрон был экспериментально обнаружен только в 1932 г.), было ясно, что движутся они со скоростями, весьма близкими к скорости света или равными ей, и более адекватное описание их поведения требует применения специальной теории относительности. Дирак составил уравнение, которое описывало движение электрона с учетом законов и квантовой механики, и теории относительности Эйнштейна, и получил формулу для энергии электрона, которой удовлетворяли два решения: одно решение давало известный электрон с положительной энергией, другое - неизвестный электрон-двойник, но с отрицательной энергией. Так возникло представление о частицах и соответствующих им античастицах, о мирах и антимирах. К этому же времени была разработана квантовая электродинамика. Суть ее состоит в том, что поле более не рассматривается как континуалистская непрерывная среда. Дирак применил к теории электромагнитного поля прави- ла квантования, в результате чего получил дискретные значения поля. Обнаружение античастиц углубило представление о поле. Считалось, что электромагнитного поля нет, если нет квантов этого поля - фотонов. Следовательно, в этой области пространства должна быть пустота. Ведь специальная теория относительности «изгнала* из теории эфир, можно сказать, что победила точка зре­ния о вакууме, о пустоте. Но пуст ли вакуум, - вот вопрос, который вновь возник в связи с открытием Дирака. Сейчас хорошо известны эффекты, доказывающие, что вакуум пуст только в среднем. В нем постоянно рождается и исчезает огромное количество виртуальных частиц и античастиц. Даже если мы меряем заряд электрона, то, как оказалось, голый заряд электрона равнялся бы бесконечности. Мы же измеряем заряд электрона в «шубе* окружающих его вир­туальных частиц.

Собственно представление о вакууме как непрерывной ак­тивности содержащихся в нем виртуальных частиц содержится в принципе неопределенности Гейзенберга. Принцип неопре­деленности Гейзенберга имеет, кроме приведенного выше, еще и

такое выражение:

дельта Е х дельта t > h.

Согласно этому квантовые эффекты могут на время нарушать закон сохранения энергии. В течение короткого времени дельта t энер­гия, взятая как бы «взаймы*, может расходоваться на рождение короткоживущих частиц, исчезающих при возвращении «займа* энергии. Это и есть виртуальные частицы. Возникая из «ничего*, они снова возвращаются в «ничто*. Так что вакуум в физике ока­зывается не пустым, а представляет собой море рождающихся и тут же гасящихся всплесков.

42. Физический вакуум в квантовой теории поля

Квантовая теория поля является ядром всей современной фи­зики, представляет собой общий подход ко всем известным типам взаимодействий. Одним из важнейших результатов ее является представление о вакууме, но уже не пустом, а насыщенном всевоз­можными флуктуациями всевозможных полей. Вакуум в квантовой теории поля определяется как наинизшее энергетическое состояние квантованного поля, энергия которого равна нулю только в среднем. Так что вакуум - это <Нечто по имени «Ничто.

Релятивистская квантовая теория поля, которая началась ра­ботами П. Дирака, В. Паули, В. Гейзенберга в конце двадцатых годов XX в., была продолжена в трудах Р. Фейнмана, С. Томо-наги, Дж. Швингера и других ученых, давая все более полное представление о физической неразложимости мира, о несведении его к отдельным элементам. Здесь принцип целостности находит свое выражение в рассмотрении взаимодействия микрообъектов с определенным состоянием физического вакуума. Именно в этом взаимодействии все элементарные частицы обнаруживают свои свойства. Вакуум рассматривается как объект физического мира, выражающий как раз момент физической неразложимости его.

Создание квантово-полевой исследовательской программы полностью изменили наши представления о мире, наш подход к структуре физических законов. В итоге создана новая квантовомеха-ническая картина мира, выработан новый стиль мышления ученых, новый тип научной рациональности, называемый неклассическим, в котором есть место случайности, вероятности, целостности.

43. Концепции, лежащие в основе построения современной физической исследовательской программы — теории Суперобъединения (единой теории поля)

Основополагающей идеей построения современной физической исследовательской программы является концепция целостности, в рамках которой в качестве фундаментальной физической реаль­ности рассматривается неделимая взаимосвязанная целостная Вселенная, а относительно независимо ведущие себя ее части - как просто особые и случайные формы. Таким образом, именно Все­ленная в целом становится предметом исследования современной теоретической физики. Здесь задачи физики элементарных про­блем пересекаются с космологическими проблемами, и оба эти течения полноводной рекой вливаются в общую картину постро­ения мира. Все качественное многообразие мира: различие типов взаимодействий, различие между частицами вещества и квантами полей, существование конкретных элементарных частиц с их ха­рактеристиками и свойствами — все это предстает в рамках данной программы как моменты в ходе эволюции Вселенной. Признание определяющей роли целого по отношению к ею частям составляет существо диалектической методологии в познании и является содержательной стороной нового постнеклассического подхода к анализу сложных систем, именуемого синергетикой.

В рамках такого целостного подхода новое методологическое значение приобретает физический вакуум, предстающий как основной объект физической теории, как прародитель известного нам мира. Анализ состояния дел в современной физике позволяет рассматривать его в качестве исходной абстракции в теории.

Исходя из представлений о суперсимметричном состоянии ис­ходного вакуума нашей Вселенной, весь последующий процесс эволюции Вселенной рассматривается как сменяющие друг друга этапы, содержащие критические точки - моменты нарушения симметрии, приводящие в конечном счете к физическому многообразию мира.

Таким образом, концепция целостности содержит в себе концеп­цию развития, самодвижения, самоорганизации, выраженных че­рез призму взаимоотношения категорий симметрии и асимметрии. Ибо важнейшим признаком развития является асимметричность тех изменений, из которых процесс развития складывается. Это вы­двигает на повестку дня вопрос об историзме физических объектов, проявляющих свою определенность в определенные исторические моменты в ходе самодвижения целого, - в моменты спонтанного нарушения симметрии исходного вакуума. При этом вакуум играет роль макрообстановки, макроусловий, по отношению к которому элементарные частицы проявляют свои свойства - спины, массы, заряды и т.д.

Рассмотрение вакуума как исходной абстракции известного нам мира позволяет реализовать при построении единой теории поля метод восхождения от абстрактного к конкретному.

Фундаментальные физические идеи, лежащие в основе постро­ения единой теории поля, реализующие вышеназванные трансдис­циплинарные методологические концепции, следующие:

а) новые представления о структуре материи - сопоставление представлений о структуре материи на разных этапах эво­люции науки представлено на рисунке;

б) идея о калибровочной природе всех взаимодействий;

в) идея о спонтанном нарушении симметрии исходного вакуума.

44. Структурные единицы материи.

Элементарные частицы: частицы вещества, калибровочные кванты полей и скалярные хиггс-бозоны

Физика до недавнего времени изучала материю в двух ее про­явлениях - веществе и поле. Причем частицы вещества и кванты полей подчиняются разным квантовым статистикам и ведут себя различным образом. Так, частицы вещества являются ферми-ча-стицами (фермионами). Системы тождественных ферми-частиц подчиняются статистике Ферми - Дирака. Все фермионы имеют полуцелое значение некоторой очень важной квантовой характе­ристики элементарной частицы (не менее важной, чем заряд или масса), называемой спином. А для частиц с полуцелым значением спина справедлив принцип запрета Паули, согласно которому две тождественные частицы с полуцелым спином не могут находиться в одном и том же состоянии. Принцип Паули определяет образование электронных оболочек в атомах, поскольку в одном и том же состо­янии на одном подуровне могут находиться только два электрона с противоположными спинами, что определяет закономерности периодической системы элементов Менделеева.

Все кванты полей являются бозе-частицами (бозонами) — части­цами с целочисленным значением спина. Системы тождественных бозе-частиц подчиняются статистике Бозе - Эйнштейна. Принцип Паули для них несправедлив: в одном и том же состоянии может находиться любое число частиц. Так что бозе- и ферми-частицы рассматриваются как частицы, имеющие различную природу.

В свою очередь частицы вещества делятся на две группы: кварки и лептоны. Кварки и лептоны входят в состав других физических объектов и считаются при достигнутых на сегодняшний день энер­гиях «бесструктурными. Кварки - это частицы, которые, кроме электрического заряда, обладают цветным зарядом. Наличие у кварков цветного заряда обусловливает способность их к сильным взаимодействиям. Известно, что протон и нейтрон состоят из трех кварков. Однако принцип Паули здесь не нарушается, так как эти кварки имеют различные цветовые заряды. Заряд сильного взаимо­действия назвали «цветом именно по аналогии с действительными цветами, подчеркивая этим, что смешение трех цветов кварков делает протон или нейтрон бесцветным, так же как смешение крас­ного, желтого и зеленого цветов даст белый цвет. Соответственно различают три заряда сильных взаимодействий - красный (R), желтый (Y) и зеленый (G). Лептоны - бесцветны и не участвуют в сильных взаимодействиях. Предполагается существование шести видов (ароматов) кварков и шести лептонов. Поведение кварков несколько необычно, ибо они никогда не встречаются в свободном состоянии, а находятся в постоянном плену, заключены внутри других частиц, например, внутри протонов или нейтронов. В фи­зике кварков сформулирована гипотеза конфайнмента (от англ. confinement - пленение) кварков, согласно которой невозможно вылетание кварка из целого. Он может существовать лишь в каче­стве элемента целого. Несмотря на это необычайное обстоятельство, существование кварков как реальных частиц в физике надежно обосновано. Квантом гравитационного поля является гравитон. Однако гравитон пока не установлен экспериментально, равно как и не построена по сей день теория квантовой гравитации. Квантом электромагнитного поля является фотон у. Масса покоя фотона равна 0. Фотон не несет на себе электрического заряда. Это обеспе­чивает линейный характер электромагнитных взаимодействий и большой радиус их действия. Квантами слабого взаимодействия являются три бозона - W+, W+, Z°- бозоны. Верхние индексы ука­зывают знак электрического заряда этих квантов. Кванты слабого взаимодействия имеют значительную массу, что приводит к тому, что слабое взаимодействие проявляется на очень коротких рас­стояниях. Квантами сильного взаимодействия являются восемь глюонов. Свое название глюоны получили от английского слова glue (клей), ибо именно они ответственны за конфайнмент кварков. Массы покоя глюонов равны нулю.

Однако глюоны обладают цветным зарядом, благодаря чему они способны к взаимодействию друг с другом, как говорят, к самодействию, что приводит к трудностям описания сильного взаимодействия математически ввиду его нелинейности. Если слабое взаимодействие ответственно за изменение ароматов квар­ков, то сильное взаимодействие, осуществляемое посредством обмена глюонами между кварками, приводит к изменению цве­тов кварков. Так что в ядре постоянно происходят превращения протонов в нейтроны и наоборот за счет обмена квантами слабого взаимодействия между кварками. Кроме этого, внутри протонов и нейтронов кварки постоянно меняют свои цвета, испуская и поглощая глюоны. При этом протоны и нейтроны остаются бесцветными.

Третьим качественно отличным от вышеназванных двух форм материи является физический вакуум. Дело в том, что все кванты полей, рассмотренные нами ранее, являются векторными калибро­вочными бозонами. Калибровочными их называют по той причине, что они являются квантами калибровочных полей. Векторными их называют потому, что все они имеют целочисленное значение спина, равного 1, за исключением гравитона, спин которого предполага­ется равным 2. Физический вакуум нашей Вселенной рассматрива­ется как коллективные возбуждения хиггсовых скалярных бозонов, спин которых равен 0.

45. Единая калибровочная природа различных типов физических взаимодействий

Калибровочный принцип называют динамическим ново­введением в общей теории относительности. Нововведением явля­ется тот факт, что гравитационное поле здесь не постулируется, а выводится как результат инвариантности (симметрии) лагран­жиана теории относительно группы локальных калибровочных преобразований. То есть требование симметрии порождает опреде­ленный конкретный вид взаимодействия, в данном случае - гра­витационного. А это уже принципиально новый подход в физике. Благодаря ему современная физика отошла от исторической тра­диции, согласно которой заранее давалась форма взаимодействий, установленная экспериментально и теоретически описанная. Форма взаимодействий более не постулируется, а выводится как результат инвариантности относительно групп определенных ло­кальных преобразований, как способ, которым в природе должно компенсироваться локальное калибровочное преобразование. И неважно, какие виды симметрии обусловливают эти взаимодей­ствия. В каждом случае теории, в которых работает указанный принцип, называют калибровочными. Иными словами, калибро­вочная инвариантность позволяет ответить на вопрос: «Почему и зачем в природе существуют такого рода взаимодействия? Ибо тип взаимодействия диктуется симметрией.

Оказывается, что все известные четыре типа взаимодействий — гравитационное, электромагнитное, сильное и слабое - имеют кали­бровочную природу и описываются калибровочными симметриями. То есть все взаимодействия как бы сделаны «из одной болванки». Это вселяет надежду, что можно будет найти «единственный ключ ко всем известным замкам и описать эволюцию Вселенной из состо­яния, представленного единым суперсимметричным суперполем, из состояния, в котором различия между типами взаимодействий, между всевозможными частицами вещества и квантами полей еще не проявлены.

46. Спонтанное нарушение симметрии вакуума

Идея спонтанного нарушения симметрии исходного вакуума во­шла в физику элементарных частиц из физики твердого тела. Эта идея оказалась нитью Ариадны, которая привела из запутанных лабиринтов к созданию единой теории электромагнитного и слабого взаимодействий. Теория слабого взаимодействия была создана не сама по себе, а оказалась вписанной в единую электрослабую тео­рию. В настоящее время теория электрослабого взаимодействия подтверждена экспериментально. Идея спонтанного нарушения симметрии исходного вакуума означает отход от общепринятого представления о вакууме как о состоянии, в котором среднее зна­чение энергии всех физических полей равно 0. Здесь признается возможность существования состояний с наименьшей энергией при отличном от нуля значении некоторых физических полей, возникает представление о существовании вакуумных конденса­тов- состояний с отличным от нуля вакуумным средним. Спон­танное нарушение симметрии означает, что при определенных мак­роусловиях фундаментальные симметрии оказываются в состоянии неустойчивости. Платой за устойчивое состояние системы является асимметричность вакуума.

Таким образом, в физику с использованием калибровочного принципа вкупе с идеей спонтанного нарушения симметрии ва­куума в качестве основного методологического принципа входит принцип рассмотрения физических явлений и процессов сквозь призму диалектики симметрии и асимметрии. Ибо здесь ясно про­сматривается диалектическое тождество этих противоположностей, когда симметрия содержит в себе в виде возможности асимметрию, а асимметрия зиждется на симметрии.

В 1967 г. С. Вайнбергом и А. Саламом была применена идея спонтанного нарушения симметрии для построения единой теории электрослабых взаимодействий с массивными W+ W-, Z^0-бозонами и безмассовым фотоном у. Предполагается существование такого этапа в эволюции Вселенной, когда не существовало различий между электромагнитными и слабыми взаимодействиями. Однако последующее расширение Вселенной привело к нарушению симме­трии электрослабого взаимодействия до симметрии, отвечающей электромагнитному взаимодействию, и симметрии, отвечающей слабому взаимодействию. Так что в настоящую эпоху симметрия между этими типами взаимодействий оказывается скрытой, что обнаруживается нами как различие между электромагнитным и слабым взаимодействиями. Эксперименты в 1983 г. на ускорителе в ЦЕРНе (Европейская организация ядерных исследований в Женеве) по обнаружению W+, W-,Z°-6o3OHOB, результаты которых оказались в полном соответствии с предсказаниями теории, дали подтверждение правильности стратегической линии использова­ния идей калибровочной симметрии в единстве с представлением о спонтанно нарушенной симметрии вакуума и явились косвенным подтверждением существования вакуумных хиггсовых конденса­тов. Успех этот стимулирует физиков в направлении поисков адек­ватной симметрии, объединяющей сильное и электрослабое взаи­модействие (Великое объединение), и симметрии, объединяющей Великое объединение и гравитационное (Суперобъединение).

47. Концепция вакуума в структуре современной науки. Инфляционные сценарии развития Вселенной в современной космологии

Современная космология рассматривает в качестве одного из наиболее вероятных сценариев эволюции Вселенной, в рамках которого удается решить большинство космологических проблем, сценарий, включающий инфляционную стадию. Основная идея инфляционной теории состоит в том, что расширение Вселенной и весь последующий ход ее эволюции рассматривается из состо­яния, когда вся материя была представлена только физическим вакуумом. Вакуум нашей Вселенной обладает вполне конкретными свойствами, определившими характер взаимодействий, специфику явлений, протекающих в нашем мире, размерность пространства, в котором мы живем. Возможно, наша Вселенная - это лишь мини-вселенная, обитаемый островок, на котором возникла жизнь нашего типа. Инфляция (от лат. inflatio) означает «вздутие. Инфляци­онная стадия предполагает процесс вздутия Вселенной. При этом вакуум той эпохи Вселенной - «ложный вакуум. Он отличается от истинного вакуума (считается, что истинный вакуум - это состо­яние с наинизшей энергией) тем, что обладает огромной энергией. Квантовая природа наделяет «ложный вакуум стремлением к гравитационному отталкиванию, обеспечивающему его раздува­ние. Этот «ложный вакуум представляет собой симметричное, но энергетически невыгодное, нестабильное состояние, что на языке физики означает стремление его к распаду. Эволюция Вселенной предстает в контексте инфляционной теории как синергетический самоорганизующийся процесс. Если встать на точку зрения модели Вселенной как замкнутой системы, то процессы самоорганизации могут быть рассмотрены в ней как взаимодействие двух открытых подсистем - физического вакуума и всевозможных микрочастиц и квантов полей. Считается, что в процессе расширения из ваку­умного суперсимметричного состояния Вселенная разогрелась до Большого взрыва. Дальнейший ход ее истории пролегал через критические точки - точки бифуркации, в которых происходили спонтанные нарушения симметрии исходного вакуума. В эти мо­менты энергия из вакуума перекачивалась в энергию тех частиц и полей, которые из вакуума же и рождались. Причем ход этой эволюции, выбор путей дальнейшего развития в моменты бифурка­ций оказались именно такими, что в результате появилась жизнь нашего типа.

Выделенность вакуума, его особая роль в космологических про­цессах возникновения и развития физического мира позволяет рассматривать его в качестве исходной абстракции в теоретической физике. Именно физический вакуум принимает непосредственное участие в формировании и качественных, и количественных свойств физических объектов. Такие свойства, как спин, масса, за­ряд проявляются именно во взаимодействии с определенным ваку­умным конденсатом вследствие перестройки вакуума в результате спонтанного нарушения его симметрии. Это вносит коррективы в представление об историзме физических объектов. Ибо любой физический объект со своими характеристиками рассматривается в современной теории как момент, элемент космологической эво­люции Вселенной.

48. Антропный принцип и диалектическая концепция взаимопревращения материи и сознания

Попытка связать основные особенности того мира, в котором мы живем, с самим фактом существования человека, познающего этот мир, привела к формулированию принципа, который вряд ли можно назвать строго физическим принципом, но который, тем не менее, основывается на неоспоримом факте существования челове­ка в нашей Вселенной. Этот принцип был назван антропным.

Антропный принцип в физике впервые был сформулирован в 1961 г. Д. Дикке, а в дальнейшем развит Б. Картером, которому и принадлежит сам термин <<антропный принцип. Антропный принцип утверждает, что мир таков, каков он есть, потому что в противном случае некому было бы спрашивать о том, почему мир таков. Можно сказать, что наука со времен Коперника развивалась таким образом, что наблюдателю-человеку в ней отводилась весьма скромная роль. Человек не занимал какого-либо привилегирован­ного центрального положения в науке о Вселенной. Как бы без внимания оставался и тот факт, что необходимой предпосылкой нашего существования являются специально благоприятные усло­вия (температура, химический состав окружающей среды и т.д.), возникновение которых оказалось возможным благодаря именно тонкой подстройке значений физических величин во Вселенной. Некоторые ученые обратили внимание на ограниченность такого подхода, считая, что строение физического мира неотделимо от обитателей, наблюдающих его в самом фундаментальном смысле. Наше положение в мире, если и не является центральным, то не­избежно является привилегированным. И можно заранее до на­блюдений предсказать ряд астрофизических и других факторов по той причине, что то, что мы ожидаем наблюдать, должно быть ограничено условиями, необходимыми для нашего существования как наблюдателей. Основанием для таких предсказаний и служит антропный принцип как принцип, отражающий невероятно тонкую подстройку Вселенной.

Антропный принцип концентрирует внимание на следующем об­стоятельстве: свойства окружающего нас мира явились результатом определенной согласованности соответствующих фундаментальных констант, интервал возможных значений которых, обеспечиваю­щий нам мир, пригодный для жизни, очень мал.

Корни его имеют начало в самих ранних этапах истории чело­веческой культуры. Однако «переоткрытие антропного принципа современной космологией имеет важное значение в становлении нового постнеклассического типа научной рациональности. Суще­ствуют различные версии антропного принципа: слабый антропный принцип, сильный, финалистский антропный принцип, антропный принцип, включающий соучастника-наблюдателя. Появляются и теологические нотки при обсуждении антропного принципа. Все это повлияло на то, что многие физики-ученые с настороженностью относятся к этому принципу, рассматривая его как ненаучный. Однако положение резко меняется, если антронный принцип рас­сматривать в контексте синергетического самоорганизующегося процесса эволюции Вселенной. Здесь на первый план выдвигается идея о корреляции свойств наблюдателя и свойств мира. То есть речь идет о вероятности того, что мир имеет наблюдаемые нами свой­ства. А это значит, что можно сравнивать вероятности оказаться в разных мирах с различными свойствами. Следовательно, антроп-ный принцип получает нетеологическое объяснение при условии существования множества миров. Надо сказать, что инфляционные сценарии раздувания Вселенной содержат в себе результаты, пред­сказывающие разбиение Вселенной на неограниченно большое число мини-вселенных - огромных областей, внутри которых реализуются свои типы физических вакуумов, размерностей про­странства-времени, цепочек спонтанного нарушения симметрии. Так что вероятность возникновения из этого огромного числа раз­ных мини-вселенных, которые подобны нашей, в которых возможна жизнь, подобная нашей, существует.

Современная физика с использованием антронного принципа как бы расширяет границы своего традиционного рассмотрения вопросов. Человек, рассматриваемый ранее лишь в качестве не­посредственного потомка прогрессивной эволюции жизни в био­сферных условиях, предстает уже в качестве непосредственного продукта космологической эволюции Вселенной. И, как считают многие физики, трудности в построении единой теории поля могут быть связаны как раз с тем фактом, что такое свойство материи, при­сущее ей на всех уровнях организации, как отражение, и высшая форма его развития - сознание, остаются вне рамок исследования. Не окажется ли, что поставленная современной физикой задача принципиально неразрешима вне исследования тех факторов, ко­торые привносит с собой в ход мирового процесса мыслящий дух? Иными словами, антропный принцип с методологической точки зрения является предвестником более глубокого диалектического понимания взаимопревращения материи и сознания.

Дата добавления: 2014-12-07