Навуковая рэвалюцыя пачатку ХХ стагоддзя: генезіс рэлятывісцкай фізікі

Практычна ва ўсіх філасофскіх і гістарычных рэканструкцыях працэсу стварэння рэлятывісцкай фізікі (тэорыі адноснасці) пальма першынства ў яе распрацоўцы аддаецца А.Эйнштэйну. Ёсць, аднак, і выключэнні з гэтага правіла, калі першастваральнікам дадзенага тэарэтычнага кірунку прызнаецца геніяльны французскі матэматык А.Пуанкарэ. Пры гэтым даводзіцца, што “менавіта ў яго працах упершыню былі сфармуляваныя ў дастаткова яснай і поўнай матэматычнай форме ўсе асноўныя палажэнні спецыяльнай тэорыі адноснасці”, што “менавіта ён быў першым, хто паставіў пытанне пра неабходнасць змянення тэорыі гравітацыі Н’ютана ў адпаведнасці з патрабаваннямі новага прынцыпу адноснасці і разгледзеў першы варыянт такой рэлятывісцкай тэорыі гравітацыі” [10, с.524][83].

Сярод заслуг Пуанкарэ ў гэтым плане адзначаецца таксама, што менавіта ён упершыню рэзка крытычна паставіўся да такіх паняццяў класічнай фізікі, як эфір, абсалютны час, абсалютная адначасовасць (адпаведная яго праца “Вымярэнне часу” выйшла ў свет яшчэ ў 1898 г.) [10, с.533]. Ён высока ацаніў тэарэтычныя пабудовы А.Лорэнца (1853-1928), якія паўсталі як рэакцыя на адмоўны вынік эксперымента Майкельсана-Морлі, і ўвесь час падкрэсліваў прыярытэт галандскага фізіка ў распрацоўцы тэорыі адноснасці. Разам з тым Пуанкарэ востра крытыкаваў яго памкненне ўсімі магчымымі сродкамі “выратаваць” эфір.

Аўтары дадзенай гістарычнай канцэпцыі сцвярджаюць далей, што характэрная для творчасці вялікага французскага навукоўца “арыентацыя, з аднаго боку, на тэорыю Лорэнца, у якой хуткасць святла прымалася як незалежная ад руху яго крыніцы, а з іншага боку, на строгае выкананне прынцыпу адноснасці ўказвала той адзіна праўдзівы шлях, які вёў да стварэння тэорыі адноснасці” [10, с.545]. Развіваючы ідэі галандскага фізіка, Пуанкарэ сфармуляваў “патрабаванне інварыянтнасці ўсіх законаў фізікі адносна пераўтварэнняў Лорэнца” (г. зн. матэматычных пераўтварэнняў, якія дазвалялі перайсці ад адной інерцыяльнай сістэмы да іншай з улікам канстантнага характару хуткасці святла) [10, с.548]. У выніку ён атрымаў новую, строгую ў матэматычных адносінах фармулёўку ўніверсальнага прынцыпу адноснасці [10, с.548].

У рамках згаданай рэканструкцыі гісторыі ўзнікнення рэлятывісцкай фізікі даводзіцца таксама, што Пуанкарэ не толькі распрацаваў грунтоўныя палажэнні спецыяльнай тэорыі адноснасці, але і амаль адначасова (з невялікай перавагай у часе) з Эйнштэйнам сістэматызаваў іх [10, с.553]. Акрамя таго, ён упершыню ўвёў чатырохмернае ўяўленне пра прастору-час, што, як правіла, звязваецца з даследаваннямі нямецкага матэматыка Г.Мінкоўскага (1864-1908) [10, с.543].

Прыхільнікі ідэі, згодна з якой прыярытэт у стварэнні рэлятывісцкай фізікі належыць А.Пуанкарэ, указваюць таксама на істотныя разыходжанні паміж ім і Эйнштэйнам у інтэрпрэтацыі тэорыі адноснасці. Для Эйнштэйна яна ўяўляла сабой найперш новую тэорыю прасторы-часу. Пуанкарэ разглядаў яе ў першую чаргу ў сувязі з механікай звышхуткага руху, прасторава-часавыя трансфармацыі былі для яго чымсці другасным [10, с.554]. Як вядома, перамагла эйнштэйнаўская інтэрпрэтацыя, хоць прыхільнікам французскага навукоўца яна і падаецца значна больш павярхоўнай [10, с.554].

Неабходна таксама адзначыць, што ў рамках згаданай канцэпцыі не ігнаравалася пытанне пра прычыны дамінавання гістарычных рэканструкцый працэсу распрацоўкі рэлятывісцкай фізікі, якія аддаюць перавагу А.Эйнштэйну. Сярод згаданых прычын указваўся і збег гістарычных абставінаў, і асабістая сціпласць Пуанкарэ. А.А.Лагуноў піша ў дадзенай сувязі, што “ён – магчыма, як ніхто іншы, – надзвычай высока ацэньваў і славіў кожнага, хто даваў стымул для яго мыслення і радасць творчасці. Ён быў абсалютна пазбаўлены памкненняў да персанальнага навуковага прыярытэту” [61, c.140]. Таму ў прысвечаных дадзенай праблематыцы працах Пуанкарэ адстойваў прыярытэт лорэнцавай тэорыі, якую, аднак, ён сам кардынальна пераасэнсаваў. У сувязі з гэтым паўстала ілюзія, што яго погляды не выходзяць за межы лорэнцаўскага падыходу. На самай справе – пра гэта гаворка ўжо ішла вышэй – сітуацыя мела зусім іншы характар.

Тым не менш на дадзены момант неабходна прызнаць, што тэорыя адноснасці ўвайшла ў гісторыю культуры, філасофіі і навукі найперш як эйнштэйнаўская і што якраз у эйнштэйнаўскай фармулёўцы яна найбольш паўплывала на іх развіццё. Для большасці філосафаў, навукоўцаў, гісторыкаў навукі менавіта Эйнштэйн “радыкальным чынам спрасціў наяўную сітуацыю, адмовіўшыся адразу ад гіпотэзы эфіру і ад гіпотэзы абсалютнай прасторы і абсалютнага часу” [70, c.67]. Дзякуючы гэтаму ён пераадолеў супрацьлегласць прынцыпу адноснасці і закона руху святла ў вакуўме, паставіўшы на месца пераўтварэнняў Галілея пераўтварэнні Лорэнца [70, c.67]. Такім чынам, Эйнштэйну большасцю даследчыкаў прыпісваюцца ў дадзеным кантэксце заслугі[84], якія ў прыведзенай вышэй канцэпцыі прызнаюцца за Пуанкарэ.

Як ужо было падкрэслена, Эйнштэйн засяроджваўся найперш на прасторава-часавым аспекце тэорыі адноснасці. Першы крок, зроблены ім на шляху навуковага даследавання прасторы і часу, – гэта аналіз феномена адначасовасці[85]. У выніку ён прыйшоў да высновы, што адначасовасць мае адносны характар. Таму – насуперак уяўленням класічнай фізікі – “кожнае цела адліку (каардынатная сістэма) мае свой адмысловы час; указанне часу мае сэнс толькі тады, калі ўказана цела адліку, з якім яно суадносіцца” [29, c.25]. Затым навуковец адзначае, што класічныя ўяўленні пра прастору таксама грунтуюцца на эмпірычна ніяк не апраўданым дапушчэнні, паводле якога “прасторавая адлегласць паміж двума пунктамі цвёрдага цела не залежыць ад стану руху цела адліку” [29, c.27].

Адмовіўшыся ад класічных гіпотэз пра незалежныя ад механічнага стану сістэмы адліку час і прастору, мы атрымліваем магчымасць спалучыць у рамках адзінай кагерэнтнай фізічнай тэорыі прынцып адноснасці і закон распаўсюджвання святла ў вакуўме. Для гэтага пераход ад адной інерцыяльнай сістэмы адліку да іншай павінен быць урэгуляваны такім чынам, каб ні ў якай з іх не парушаўся згаданы закон. Адпаведныя матэматычныя працэдуры былі ўжо ў наяўнасці ў арсенале фізікі – гэта пераўтварэнні Лорэнца.

З пераўтварэнняў Лорэнца вынікае надзвычай важнае палажэнне тэорыі адноснасці – палажэнне пра межавы характар хуткасці святла: механічныя сістэмы не могуць рухацца хутчэй, чым светлавы прамень. Меншыя за яе хуткасці не могуць пераўзысці яе і пры іх складанні. Са згаданых пераўтварэнняў вынікаюць таксама іншыя рэлятывісцкія эфекты, якія падаюцца парадаксальнымі: скарачэнне прасторавых памераў і замаруджванне часу ў сістэме, якая рухаецца, у параўнанні з той, што знаходзіцца ў спакоі (яны выяўляюцца тым больш выразна, чым большая хуткасць руху) [29, c.32-33]. Сярод рэлятывісцкіх эфектаў неабходна адзначыць і залежнасць масы аб’екта ад хуткасці яго руху (з павелічэннем хуткасці яна павялічваецца). З ім звязана агульнавядомае палажэнне спецыяльнай тэорыі адноснасці, у якім канстатуецца эквівалентнасць масы і энергіі. Праз яго рэлятывісцкая фізіка давяла чалавецтву пра наяўнасць у прыродзе каласальнага энергетычнага рэзервуара,[86] які можа быць выкарыстаны як для стваральных, так і для разбуральных мэтаў.

Найхарактэрнейшай рысай спецыяльнай тэорыі адноснасці з’яўляецца, такім чынам, указанне на адсутнасць прывілеяванай, абсалютнай сістэмы адліку сярод інерцыяльных сістэм. Сістэмы, што рухаюцца з паскарэннем, яна пакідала, аднак, па-за межамі кампетэнцыі свайго фундаментальнага прынцыпу – прынцыпу адноснасці. Таму – нават з чыста спекулятыўных меркаванняў – паўстала пытанне пра магымасць яго пашырэння на паскораны рух. Станоўчы адказ на згаданае пытанне і рэалізацыя адпаведнай магчымасці спарадзілі ўсеагульную тэорыю адноснасці, якая грунтавалася на ідэі эквівалентнасці эфектаў, што выклікаюцца ўздзеяннем аднароднага гравітацыйнага поля на пэўную сістэму і яе паскарэннем (у стане свабоднага падзення).

Прынцып эквівалентнасці гравітацыйнага поля і паскарэння сістэмы адліку абапіраўся ў сваю чаргу на адзначаны вышэй факт супадзення гравітацыйнай і інертнай мас. (Венгерскі фізік Л.Этвеш (1848-1919) выявіў у 1889 г., што яны супадаюць з дакладнасцю да 10^-9. А сучасныя эксперыментальныя даследаванні паказалі, што іх дачыненне роўнае 1 з адноснай хібнасцю да 10^-11 [70, c.101].) Дадзены прынцып дазваляў скасаваць вылучнае становішча інерцыяльных сістэм адліку і абагульніць прынцып адноснасці. У такіх умовах грунтоўныя законы фізікі маглі быць запісаныя ў аднолькавай матэматычнай форме адносна любых трансфармацый каардынат, г. зн. дасягаўся ўзровень іх усеагульнай каварыянтнасці. У фармальным плане каварыянтны іх запіс быў здзейснены пры дапамозе развітага пры канцы ХІХ – напачатку ХХ ст. тэнзарнага злічэння, якое паўстала “адначасова як абагульненне вектарнага і дыферэнцыяльнага злічэнняў” [70, c.102], г. зн. як сінтэтычны тэарэтычны феномен.

Змястоўная інтэрпрэтацыя адпаведных фармальных аперацый і іх вынікаў дазволіла зрабіць выснову пра залежнасць геаметрычных характарыстык прасторы-часу ад яе фізічных уласцівасцяў. Інакш кажучы, “фізічная прысутнасць матэрыі перадаецца матэматычнымі сродкамі праз крывізну” прасторава-часавага кантынуўму [70, c.102] і згаданая крывізна “тым больш моцная, чым больш канцэнтраваным з’яўляецца размеркаванне прынятай у разлік энергіі (г. зн. яна адпавядае большай шчыльнасці масы-энергіі[87])” [18, c.64]. Геаметрычныя характарыстыкі такой прасторы-часу не могуць быць апісаныя на аснове эўклідавых прынцыпаў. Таму ўсеагульная тэорыя адноснасці зрабіла запатрабаванай для фізічнага апісання рэальнасці неэўклідаву геаметрыю (у версіі, распрацаванай Б.Рыманам (1826-1866)), усе варыянты якой фігуравалі дагэтуль “як фармальныя сістэмы чыстай матэматыкі” [39, c.139].

Такім чынам, ва ўсеагульнай тэорыі адноснасці крывізна прасторы-часу звязваецца з размеркаваннем у ёй матэрыі, г. зн. геаметрычныя ўласцівасці космасу спасцігаюцца як залежныя ад яго матэрыяльнага напаўнення. Аднак дадзены яе аспект можна трактаваць не толькі як фізікалізацыю глабальнай касмічнай геаметрыі, ён можа быць пададзены таксама як геаметрызацыя глабальнай касмічнай дынамікі (у стылі Р.Дэкарта). Выбар таго ці іншага падыходу залежыць у дадзенай сітуацыі ад філасофскіх поглядаў інтэрпрэтатара (А.Эйнштэйн, як і шэраг іншых фізікаў, схіляўся, напрыклад, да картэзіянскага варыянту [34, т.3, c.719]). Ва ўсіх выпадках, аднак, геаметрыя ўніверсуму ва ўсеагульнай тэорыі адноснасці не вызначаецца выключна яго фізічнымі ўласцівасцямі. Справа ў тым, што пры яе вызначэнні навуковец мусіць кіравацца не толькі яе грунтоўнымі палажэннямі, але і папярэдне сфармуляванымі ў дачыненні да вымяральных працэдур патрабаваннямі. У сувязі з імі дапускаюцца перадумовы адносна пэўных уласцівасцяў космасу (напрыклад, незалежнасці вымяральных эталонаў ад іх перамяшчэння ў прасторы-часе [34, т.2, c.867]).

Важна мець на ўвазе, што ва ўсеагульнай тэорыі адноснасці прастора-час канчаткова страціла свой абсалютны і косны характар, зрабіўшыся гнуткай, эластычнай, здольнай скрыўляцца пад уздзеяннем масы-энергіі. Акрамя таго, яе ўласцівасці, яе геаметрыя (г.зн. і гравітацыйныя эфекты, што назіраюцца ў ёй) выявіліся як варыятыўныя, зменлівыя, розныя ў розных яе пунктах [77, c.210-211].

Неабходна адзначыць, што высновы, зробленыя ў абсягу рэлятывісцкай фізікі, былі неаднаразова пацверджаны ў эксперыментальных даследаваннях. Даведзенае спецыяльнай тэорыяй адноснасці ўзрастанне масы фізічных аб’ектаў з павелічэннем іх хуткасці, напрыклад, было дэтэктавана ў эксперыментах па паскарэнні элементарных часціц [70, c.76].

На аснове ўсеагульнай тэорыі адноснасці быў таксама зроблены шэраг прадказанняў, якія паспяхова прайшлі эмпірычную праверку. Сярод іх – указанне на запавольванне часу паблізу месцаў з вялікай канцэнтрацыяй масы. Гэты рэлятывісцкі эфект быў шмат разоў пацверджаны пры параўнанні паказанняў атамных гадзіннікаў на рознай адлегласці ад Зямлі [18, c.64]. Падчас сонечных зацменняў 1919 і 1921 гг. спраўдзілася прадказанне пра “уплыў гравітацыйнага поля на траекторыю светлавога промня” [30, c.234] (гэта прынесла А.Эйнштэйну сусветную славу). Усеагульная тэорыя адноснасці прадказала таксама існаванне гравітацыйных хваляў, г. зн. ваганняў гравітацыйнага поля, звязаных з лакальнымі яго змяненнямі, якія распаўсюджваюцца з хуткасцю святла ва ўсе бакі ад крыніцы згаданых змяненняў. Дадзенае прадказанне было пацверджана вытанчанымі, надзвычай дакладнымі назіраннямі за паводзінамі падвойных нейтронных зорак (бінарных нейтронаў). Вынікі згаданых назіранняў цалкам адпавядалі тэарэтычным разлікам, зробленым на аснове рэлятывісцкай фізікі (наяўнасць гравітацыйных хваляў павінна была выклікаць у дадзеным выпадку памяншэнне арбітальнага перыяду пульсараў, якое і было зафіксавана з дакладнасцю да 0,1%) [18, c.64-65]. Да цікавых эфектаў, што вынікаюць з усеагульнай тэорыі адноснасці і што спраўдзіліся на эмпірычным узроўні, належыць, мяркуючы па ўсім, і феномен вярчэння прасторы, выкліканага вярчэннем Зямлі (зусім нязначны, ён тым не менш быў выяўлены, як падаецца, у 2001 г.) [77, c.216].

Тэорыя адноснасці, прынятая навуковай супольнасцю ў эйнштэйнаўскай версіі, выглядае, такім чынам, досыць паспяховай і плённай. Тым не менш шэраг навукоўцаў (прыхільнікі і паслядоўнікі А.Пуанкарэ, прадстаўнікі канструктывісцкага кірунку) імкнуцца распрацаваць альтэрнатыўныя падыходы, якія, аднак, застаюцца на сённяшні дзень малавядомымі і не могуць пакуль усур’ёз спаборнічаць з ёю [46, т.8, c.630].

Неабходна адзначыць, што рэлятывісцкая фізіка кардынальным чынам змяніла ўяўленні чалавецтва пра прастору і час, і ў гэтым – яе каласальнае навуковае і культурнае значэнне. (Праўда, сучасны французскі фізік Т.Даму, з жалем заўважае, што большасць нашых сучаснікаў жыве і асэнсоўвае свой свет на аснове ўяўленняў ХІХ ст, якія ў сваю чаргу ўзыходзяць да навуковай рэвалюцыі пачатку Новага часу. Створаныя сучаснай навукай падставы для арганізацыі духоўнай дзейнасці, духоўнага жыцця, у прыватнасці рэлятывісцкае вучэнне пра прастору-час, застаюцца пры гэтым незапатрабаванымі і незадзейнічанымі [77, c.219.])

Такім чынам, рэлятывісцкую фізіку ўтвараюць спецыяльная і ўсеагульная тэорыі адноснасці. Спецыяльная тэорыя абагульняе класічны прынцып адноснасці, даводзячы пра інварыянтнасць усіх законаў фізікі (а не толькі законаў механікі) у інерцыяльных сістэмах адліку. У ёй пераадольваюцца ўяўленні пра абсалютную прастору і час, пра абсалютную адначасовасць і эфір. Прасторава-часавыя характарыстыкі пэўнай сістэмы залежаць ад яе руху, прывілеяваных, абсалютных рамак для дэтэктацыі яе руху не існуе. Падзеі, адначасовыя ў адной сістэме адліку, могуць быць розначасовымі ў другой. Ва ўсеагульнай тэорыі адноснасці найгрунтоўнейшы прынцып рэлятывісцкай фізікі пашыраецца на паскораны рух. У якасці асновы для такога пашырэння паслужыла ідэя эквівалентнасці эфектаў, якія выклікаюцца ўздзеяннем аднароднага гравітацыйнага поля на пэўную сістэму і яе паскарэннем (у стане свабоднага падзення). Ва ўсеагульнай тэорыі адноснасці прастора-час канчаткова страціла свой абсалютны і косны характар, зрабіўшыся гнуткай, эластычнай, здольнай скрыўляцца пад уздзеяннем масы-энергіі. Яе апісанне запатрабавала звароту да неэўклідавай (рыманаўскай) геаметрыі. Дзіўныя, парадаксальныя з пункту гледжання паўсядзённага досведу высновы, зробленыя ў абсягу рэлятывісцкай фізікі, а таксама цэлы шэраг звязаных з гэтымі высновамі тэарэтычных прадказанняў былі пацверджаны эмпірычнымі даследаваннямі. Хоць прынятая большасцю навуковай супольнасці эйнштэнаўская версія рэлятывісцкай фізікі выглядае паспяховай і плённай, некаторыя навукоўцы (прыхільнікі і паслядоўнікі А.Пуанкарэ, прадстаўнікі канструктывісцкага кірунку) імкнуцца тым не менш распрацаваць альтэрнатыўныя падыходы і канцэпцыі.

ПЫТАННІ І ЗАДАННІ

1. Ці пагодзіцеся Вы з прыведзеным у тэксце параграфа меркаваннем Т.Даму?

2. Дакажыце, што ўсеагульная тэорыя адноснасці была значна больш радыкальнай, чым спецыяльная, у сваім пераасэнсаванні уяўленняў пра прастору і час, якія дамінавалі на папярэднім этапе гістарычнага развіцця навукі.

3. У сучасных умовах вядуцца (паспяховыя паводле сведчанняў спецыялістаў [4, c.54]) даследаванні, скіраваныя на сінтэз фізікалісцкага (палявога) і геаметрычнага падыходаў да інтэрпрэтацыі прасторава-часавай структуры Сусвету. Прааналізуйце гэты факт з эпістэмалагічнага і метадалагічнага пункту гледжання.

4. Для сучаснага амерыканскага філосафа А.Грунбаўма відавочна, што тэорыя адноснасці зусім не змушае да прыняцця этычнага рэлятывізму [39, c.133]. Ці згодныя Вы з такой пазіцыяй? Адказ абгрунтуйце.

4.3. Усеагульная тэорыя адноснасці і станаўленне сучаснай касмалогіі

Усеагульнай тэорыі адноснасці належыць адмысловая роля ў кантэксце ўзнікненя і развіцця сучаснай навуковай касмалогіі. Згодна з агульнапрынятым меркаваннем сучаснае фізічнае вучэнне пра космас паўстала і развіваецца менавіта на яе аснове [40, c.168]. Пры гэтым трэба мець, аднак, на ўвазе, што касмалагічныя экстрапаляцыі не вынікаюць з рэлятывісцкай фізікі (як і з усякай іншай) аўтаматычна, без дадатковых дапушчэнняў [70, c.117-118]. У якасці такіх дапушчэнняў у дадзеным выпадку найперш фігуруюць пастулаты пра аднароднасць (аднолькавасць фізічных умоў у кожным пункце касмічнай прасторы) і ізатропнасць (раўнапраўнасць ўсіх кірункаў пры здзяйсненні фізічных вымярэнняў) Сусвету [Handl, c.169].

Першая касмалагічная мадэль, што грунтуецца на ўсеагульнай тэорыі адноснасці, была разлічаная А.Эйнштэйнам у 1917 г. (Варта адзначыць, што шмат хто з тэарэтыкаў навуказнаўства і гісторыкаў навукі лічыць дадзеную падзею пачаткам сучаснай навуковай касмалогіі [40, c.168].) У выніку сваіх разлікаў Эйнштэйн атрымаў нестацыянарную мадэль універсуму (мадэль, у рамках якой адлегласці паміж галактыкамі павінны змяняцца з цягам часу). Навуковец лічыў, аднак, больш імаверным, што космас з’яўляецца статычным, бо адпаведная мадэль мае больш просты характар. Эйнштэйн увогуле надаваў прынцыпу прастаты тэарэтычнага апісання фізічнай рэчаіснасці найгрунтоўнейшае значэнне, так што гэты прынцып выконваў у яго навуковай творчасці крытэрыяльныя функцыі пры выбары на карысць таго ці іншага варыянту такога апісання. Таму ён увёў ва ўраўненні ўсеагульнай тэорыі адноснасці спецыяльную велічыню – касмалагічную канстанту, якая дазваляла атрымаць статычную мадэль Сусвету[88] [18, c.78].

Іншыя тэарэтыкі, аднак, зрабілі выбар на карысць нестацыянарнага рашэння. Першым, хто прапанаваў такое рашэнне, быў галандскі астраном В.дэ Сітэр (1872-1908). Распрацаваная ім у 1917 г. дынамічная мадэль Сусвету фігуравала на той час як канкурэнтка эйнштэйнаўскай мадэлі [70, c.118]. Аднак найбольш сістэматычную і ўплывовую з пункту гледжання далейшага развіцця касмалогіі форму нестацыянарнае рашэнне ўраўненняў усеагульнай тэорыі адноснасці ў касмалагічным кантэксце атрымала ў савецкага матэматыка А.А.Фрыдмана (1888-1925) і бельгійскага фізіка і тэолага Ж.Леметра (1894-1966). Пры гэтым А.А.Фрыдман паказаў, што згаданае рашэнне мае варыятыўны характар[89]. У выніку выявілася, што пры ўмове гамагеннасці і ізатропнасці космасу яго дынаміка можа быць прадстаўленая ў трох мадэлях. Дзве з іх з’яўляюцца адкрытымі, г. зн. у іх рамках адлегласці паміж галактыкамі мусяць няспынна павялічвацца (яны адрозніваюцца паміж сабой асаблівасцямі крывізны прасторы-часу). Трэцяя мадэль мае закрыты характар: пасля дасягнення пэўнай максімальнай велічыні згаданых адлегласцяў разыходжанне галактык павінна змяніцца супрацьлегла скіраваным працэсам – іх набліжэннем адна да адной [34, т.2, c.868-869]. Выбар на карысць той ці іншай з гэтых мадэляў павінен вызначацца шчыльнасцю масы-энергіі ў космасе. Калі яна мае значэнне, якое не перавышае пэўную крытычную велічыню[90], перавага мусіць быць аддадзеная адкрытаму ўніверсуму, у адваротным выпадку – закрытаму.

Тэарэтычныя даследаванні А.Фрыдмана былі здзейсненыя ў 1922-24 гг. Яны мелі менавіта тэарэтычна-матэматычны характар. А вось заслуга спалучэння тэарэтычных вынікаў, дасягнутых рэлятывісцкай фізікай, з эмпірычнымі набыткамі астраноміі, належыць Ж.Леметру. У 1927 г. ён прапанаваў адпаведную касмалагічную мадэль, заўважаную навуковай супольнасцю, аднак, толькі ў 1931 г., у першую чаргу дзякуючы таму, што яе падтрымаў настаўнік навукоўца, вядомы англійскі фізік і астраном А.Эдзінгтан (1882-1944) [77, c.247-248].

Неабходна падкрэсліць, што ў рамках прапанаванай А.А.Фрыдманам і Ж.Леметрам нестацыянарнай версіі рэлятывісцкай касмалогіі ў стане пашырэння (і магчымага сціскання) знаходзіцца сама прастора. У сувязі з гэтым неабходна адзначыць, што ў адпаведных тэарэтычных праектах акцэнтуецца не толькі яе грунтоўнае адзінства з часам, але і іх унутраныя адрозненні. Адсюль вынікае важная даследчая задача – выявіць уласцівасці прасторы і выявіць іх у залежнасці ад часу [26, c.113]. У працэсе рашэння згаданай задачы паўстала надзвычай сур’ёзная праблема, праблема пачатку згаданага працэсу. У матэматычным плане адпаведныя разлікі прыводзяць да моманту часу, роўнаму нулю, калі ўся матэрыя мусіць быць сканцэнтраваная ў адным пункце (і, адпаведна, крывізна прасторы-часу робіцца бясконцай). У тэарэтычным арсенале сучаснай фізікі няма такіх сродкаў, пры дапамозе якіх можна адэкватна апісаць такую сітуацыю (для яе абазначэння ў навуцы прыняты тэрмін “сінгулярнасць”).

Той момант, што ўсеагульная тэорыя адноснасці дапускае існаванне пачатковай сінгулярнасці, сведчыць, на думку большасці даследчыкаў, пра абмежаваны характар сферы яе магчымага ўжывання. (З пункту гледжання некаторых аўтараў згаданая абмежаванасць з’яўляецца, цалкам натуральнай і заканамернай: у выпадку прыватнанавуковай тэорыі сітуацыя ў прынцыпе не можа быць іншай [34, т.2, c.869].) У адпаведнасці з такой інтэрпрэтацыяй сінгулярнасці не з’яўляюцца рэальнымі прыроднымі феноменамі, яны толькі выяўляюць “занадта далёкую экстрапаляцыю рэлятывісцкай прасторы-часу” [40, c.171].

Разам з тым існуе і іншы погляд на дадзеную сітуацыю. Згодна з ім “першапачатковая сінгулярнасць павінна разглядацца не як індыкатар няведання, а як крыніца касмалагічнай інфармацыі” [40, c.171]. Акрамя таго, як паказалі С.Хокінг і Р.Пенроўз, пры пэўных – досыць рэалістычных – умовах дэгенерацыя прасторы часу (якую ўяўляюць сабой сінгулярнасці) у некаторых яе пунктах з неабходнасцю вынікае з ураўненняў усеагульнай тэорыі адноснасці [40, c.170]. Той момант, што чорныя дзіркі разглядаюцца сёння астрафізікамі і астраномамі як рэальныя касмічныя аб’екты, з’яўляецца важкім аргументам на карысць такога – рэалістычнага – падыходу да рашэння дадзенай праблемы.

Неабходна адзначыць, што вынікі астранамічных назіранняў, якія былі ў той час не менш інтэнсіўнымі, чым намаганні тэарэтыкаў, сведчылі хутчэй на карысць дынамічнай, чым стацыянарнай, версіі рэлятывісцкай касмалогіі. Гэта прызнаў і сам А.Эйнштэйн, які, бліжэй пазнаёміўшыся з імі, назваў увядзенне касмалагічнай канстанты ў распрацаваную ім мадэль Сусвету найвялікшай навуковай памылкай у сваім жыцці. Сапраўды, адкрытае ў 1929 г. амерыканскім астраномам Э.Хаблам[91] чырвонае зрушэнне ў спектрах выпраменьвання, што ідзе з іншых галактык[92], выглядае досыць пераканаўчым аргументам на карысць фрыдманаўскага падыходу. Справа ў тым, што найбольш натуральным чынам згаданы феномен тлумачыцца як выяўленне эфекта Доплера-Фізо, г. зн. як сведчанне аддалення іншых касмічных сістэм ад Млечнага Шляху [46, т.2, c.867]. (Праўда, не ўсе сябры навуковай супольнасці прымаюць такое тлумачэнне. Канкурэнтназдольная альтэрнатыва яму пакуль, аднак, не выпрацаваная [77, c.251].)

Пры гэтым трэба мець на ўвазе, што чырвонае зрушэнне назіраецца ў спектрах абсалютнай большасці галактык на ўсіх кірунках. Таму можна весці гаворку пра іх узаемнае разыходжанне, г. зн. пра пашырэнне ўніверсуму. У дадзенай сувязі не варта забывацца таксама на адзначаны вышэй досыць экзатычны характар узаемнага аддалення касмічных сістэм (а таму і звязанага з імі выяўлення эфекту Доплера-Фізо) у іх рэлятывісцкай інтэрпрэтацыі. Сапраўды, яно мусіць выклікацца рухам не саміх галактык, а іх носьбіту – прасторы.

Той факт, аднак, што адкрыццё Э.Хабла вельмі добра стасуецца з касмалагічным праектам А.Фрыдмана, азначае разам з тым яго ніяк не горшую спалучальнасць з усеагульнай тэорыяй адноснасці. Далейшыя касмалагічныя пошукі і даследаванні разгортваліся найперш на яе аснове. Шмат хто з астрафізікаў і касмолагаў аддае ёй адназначную перавагу і ў сучасных умовах. Так, французскі навуковец Т.Даму перакананы, што сукупнасць дасягнутых на сённяшні дзень эмпірычных вынікаў у галіне касмалогіі “нельга зразумець і растлумачыць інакш, чым ў рамках гэтай тэорыі” [77, c.215]. Разам з тым у ХХ ст. мелі месца спробы мадыфікаваць яе ў касмалагічным кантэксце і нават знайсці альтэрнатыву рэлятывісцкай фізіцы як аснове касмалагічных даследаванняў (напрыклад, праз новы зварот да н’ютанаўскай тэорыі гравітацыі [70, c.120]). Грунтуючыся на гэтых фактах, Д.Параш’я канстатуе, што “сувязі паміж касмалогіяй і ўсеагульнай тэорыяй адноснасці, надзвычай моцныя ў 1917 г., з цягам часу ва ўсё большай ступені слабелі” [70, c.119], хоць весці гаворку пра поўны іх разрыў было б неправамерным перабольшаннем [70, c.120].

Такім чынам, паводле агульнапрынятага меркавання тэарэтычны падмурак, на якім паўстала сучасная касмалогія, утварае рэлятывісцкая фізіка (усеагульная тэорыя адноснасці). Адпаведныя тэарэтычныя і эмпірычныя даследаванні прывялі да перамогі нестацыянарнай мадэлі ўніверсуму ці, дакладней, мадэляў, бо сучасны стан ведаў не дазваляе зрабіць адназначны выбар паміж рознымі тэарэтычнымі сцэнарыямі разгортвання касмічных падзей. Хоць развіццё сучаснай касмалогіі адбываецца найперш на грунце ўсеагульнай тэорыі адноснасці, тым не менш некаторыя даследчыкі спрабавалі мадыфікаваць яе ў касмалагічным кантэксце і нават распрацаваць альтэрнатыўную ёй тэарэтычную аснову для касмалагічных даследаванняў.

ПЫТАННІ І ЗАДАННІ

1. Якія высновы можна зрабіць, на Вашу думку, з гісторыі касмалагічных пошукаў А.Эйнштэйна?

2. На думку шмат каго з даследчыкаў, да істотных пераваг рэлятывісцкай тэорыі гравітацыі перад яе папярэдніцай належыць той момант, што пагрунтаваныя на ўсеагульнай тэорыі адноснасці “эвалюцыйныя мадэлі космасу ствараюць аснову для вырашэння н’ютанаўскага гравітацыйнага парадокса (і парадокса Ольберса)” [34, т.2, c.869]. Растлумачце, чаму рэлятывісцкія дынамічныя касмалагічныя праекты адкрываюць такія магчымасці.

3. У філасофскай літаратуры выказваецца меркаванне, згодна з якім рэлятывісцкае мысленне выступае як аднаўленне лейбніцыянскай манадалагічнай традыцыі [70,.120]. Прааналізуйце дадзенае меркаванне ў касмалагічным кантэксце.

4. У “Парсіфалі” Р.Вагнера ёсць эпізод, дзе ствараецца вобраз часу, які спараджае прастору [77, c.213]. Падумайце, з якім аспектам рэлятывісцкай касмалогіі дадзены вобраз арганічна стасуецца.

5. Якія высновы ў кантэксце метатэарэтычнага апісання суадносінаў тэарэтычнага і эмпірычнага ўзроўняў навуковага пазнання дазваляе зрабіць гісторыя станаўлення рэлятывісцкай касмалогіі?

4.4. Навуковая рэвалюцыя пачатку ХХ стагоддзя: распрацоўка асноў квантавай фізікі

Прапанаваная М.Планкам у 1900 г. тэорыя выпраменьвання была першым крокам да стварэння квантавай фізікі. Квантавая фізіка фактычна паўстала ўжо, яна прамовіла свае першыя – надзвычай важныя – словы (хоць гэта быў у параўнанні з выспелай квантавай механікай дзіцячы лепет [18, c.25]). Непасрэдным наступнікам М.Планка ў кантэксце рапрацоўкі квантавых уяўленняў быў А.Эйнштэйн, які выкарыстаў іх для тлумачэння з’явы фотаэфекту – вылучэння электронаў з атамаў ці малекул пад уздзеяннем электрамагнітнага выпраменьвання[93]. Электроны выбіваюцца з металічнай пласцінкі, напрыклад, квантамі святла (пазней – у 1926 г. – яны атрымалі назву фатонаў) дастаткова высокай энергіі. У 1912 г. Эйнштэйн выказаў яшчэ больш смелую “некласічную” ідэю, згодна з якой квантаванне характарызуе не толькі абмен энергіяй паміж выпраменьваннем і рэчывам, але і належыць да самой існасці электрамагнітнага поля [26, c.622]. (Такім чынам, вобраз святла ў фізіцы зведаў новую метамарфозу: адбылося своеасаблівае вяртанне да н’ютанаўскай карпускулярысцкай парадыгмы. Як піша Р.Фейнман, Н’ютан меў рацыю ў сваіх высновах, хоць ягоныя разважанні, якія вялі да іх, былі памылковымі [36, c.14].)

Высветлены фізікай пры канцы ХІХ ст. факт, што атам не з’яўляецца непадзельнай часцінкай, паставіў перад навукоўцамі пытанне пра яго будову. У 1902 г. амерыканскі навуковец Г. Льюіс распрацаваў кубічную мадэль згаданай будовы, у рамках якой электроны былі размешчаныя ў вяршынях куба. У 1903 г. першаадкрывальнік электрона Д.Томсан выказаў ідэю, што атам уяўляе сабой дадатна зараджаную сферу, унутры якой хаатычна раскіданыя адмоўна зараджаныя электроны (нібы рызынкі ў булцы). Японскі фізік Х.Нагаока (1865-1960) адхіліў дадзеную мадэль на падставе ўзаемнай непранікальнасці супрацьлеглых зарадаў. Ён прапанаваў першы, ранні варыянт т. зв. планетарнай мадэлі[94], у якой адмоўна зараджаныя электроны рухаюцца вакол дадатна зараджанага цэнтра (ядра) атама. Навуковец бачыў атам падобным да Сатурна: надзвычай масіўнае ядро адпавядала самой планеце, а электроны – яе кольцам. У 1911 годзе выдатны англійскі фізік Э.Рэзерфорд эксперыментальным шляхам выявіў, што найбольш адэкватнай рэальнаму стану рэчаў з’яўляецца менавіта планетарная мадэль: асноўная частка атамнай масы і дадатны зарад часцінкі сапраўды сканцэнтраваныя ў яго цэнтральнай частцы (ядры), вакол якой рухаюцца адмоўна зараджаныя электроны.

Гэтыя эксперыментальныя вынікі, аднак, сутыкнуліся з класічнымі тэарэтычнымі ўяўленнямі, спарадзіўшы істотныя праблемы. Справа ў тым, што ўладкаваны згаданым вышэй чынам атам мусіў быць нестабільным: рухаючыся вакол ядра, электроны павінны бесперапынна выпраменьваць энергію, губляць яе і ў канчатковым выніку падаць на яго. Насуперак гэтаму сцэнарыю, аднак, эмпірычныя даследаванні сведчылі на карысць стабільнасці атама.

У такіх умовах Н.Бор зрабіў выснову, што “атамныя з’явы знаходзяцца па-за межамі класічнай фізікі” [46, т.7, с.1786]. Для тлумачэння згаданых з’яў ён звярнуўся да планкавай тэорыі выпраменьвання, спалучыўшы эксперыментальна выяўленую і абгрунтаваную мадэль атама з квантавай гіпотэзай у адзінай тэарэтычнай схеме. Бор дапусціў, што электроны рухаюцца вакол ядра толькі па пэўных “стацыянарных” арбітах, якія знаходзяцца на пэўнай адлегласці ад ядра і характарызуюцца пэўным значэннем энергіі. Класічныя ўяўленні не дапускалі такога абмежавання, яны “дазвалялі” электрону рухацца па любой арбіце. Пры гэтым, паводле тэорыі Бора, электроны не выпраменьваюць энергіі, што зноў-такі супярэчыла класічным уяўленням. Калі атам атрымлівае энергію (напрыклад, у выпадку ўздзеяння на яго электрамагнітнага выпраменьвання ці яго награвання), дадзеная энергія ўспрымаецца пэўным электронам ці размяркоўваецца паміж некалькімі часціцамі. Пры гэтым адпаведныя электроны робяць скачок на іншую дазволеную арбіту, больш аддаленую ад ядра. Яны не затрымліваюцца, аднак, на новай “радзіме” і хутка – зноў-такі скачкападобным чынам – вяртаюцца назад, што правакуе электрамагнітнае выпраменьванне пэўнай частаты. Дадзеная частата залежыць ад колькасці арбіт, якія пераскоквае электрон і ад іх аддаленасці ад ядра [78, c.647].

Адыход ад класічных уяўленняў не азначаў, аднак, у Бора поўнага разрыву з імі. Ужо ў гэтай ранняй сваёй тэорыі ён кіраваўся фактычна прынцыпам адпаведнасці (гл. 2.1), выразна сфармуляваным ім і названым так пазней (у 1923 г.). У дадзеным выпадку гэты прынцып патрабаваў разглядаць класічныя законы як эфектыўнае набліжэнне квантавых законаў, калі гаворка ідзе пра арбіты дастаткова вялікага радыўсу і дастаткова значнай энергіі.

Атамная мадэль Бора гарманічна стасавалася з пэўнымі эмпірычнымі знаходкамі, зробленымі фізікамі на той час (1913 г.), і тлумачыла іх (найперш адкрыты ў 1885г. швейцарскім матэматыкам і фізікам І.Бальмерам (1825-1698) спектр атама вадароду, які да бораўскай тэорыі заставаўся эмпірычнай канстатацыяй). Яна добра ўпісвалася таксама ў новы тэарэтычны кантэкст, звязаны з узнікненнем і развіццём квантавых уяўленняў (інакш і быць не магло, таму што Бор абапіраўся на іх і ў выніку самым істотным чынам паспрыяў іх развіццю).

Разам з тым прапанаваная маладым навукоўцам тэорыя паспяхова мадэлявала толькі працэсы і з’явы, звязаныя з атамам вадарода (найпрасцейшым па сваёй структуры). Яна ні ў якім разе не магла прэтэндаваць на статус грунтоўнай, што цудоўна разумеў і сам Бор [70, c.165]. Яе нельга, аднак, недаацэньваць: ёй належыць істотнае значэнне ў тым плане, што яна была новым крокам наперад у сцвярджэнні ў навуцы квантавых уяўленняў, што яна падтрымала адпаведную традыцыю і, як было падкрэслена крыху вышэй, надала моцны імпульс яе далейшаму разгортванню.

Сапраўды, пасля з’яўлення бораўскай тэорыі квантавая фізіка развівалася на шматлікіх кірунках. Так, “паводле метаду Бора была здзейсненая значная праца па аналізе эксперыментальна выяўленых атамных спектраў” [70, c.166], была ўдасканаленая сама ягоная тэорыя (пры гэтым А.Розенфельд (1868-1951), якому належыць заслуга згаданага ўдасканалення, абапіраўся на рэлятывісцкія ўяўленні, што несла ў сабе ідэю сувымяральнасці новай канцэпцыі прасторы-часу і квантавай фізікі [26, c.785]). Паспяхова разгортваліся таксама даследаванні структуры атама і атамнага ядра, паводзінаў мікрачасцінак, узаемадзеяння выпраменьвання і матэрыі. (У дадзенай сувязі неабходна адзначыць адкрытую ў 1922 г. амерыканскім фізікам А.Комптанам (1892-1962) з’яву, сутнасць якой – у змяненні частаты і энергіі фатонаў пры іх рассейванні на свабодных электронах. Дадзены феномен – эфект Комптана – разглядаецца як грунтоўны аргумент на карысць уяўлення пра квантавы характар электрамагнітнага выпраменьвання.) Надзвычай важна таксама, што ў гэтай галіне працаваў цэлы шэраг у найвышэйшай ступені таленавітых фізікаў і што шмат каго з іх звязвалі адносіны сяброўства, узаемнай павагі і супрацоўніцтва. Гэта не выключае, натуральна, наяўнасці разнагалосіц і дыскусій паміж імі, у працэсе якіх іх “галоўныя дзейныя асобы не заўжды былі ветлівымі ў дачыненні адзін да аднаго” (такога кшталту негатыўныя моманты мелі месца, напрыклад, ва ўзаемаадносінах В.Гейзенберга і Э.Шродзінгера) [63, c.763]. Інтэнсіўнымі творчымі намаганнямі гэтай плеяды навукоўцаў і былі створаныя асновы квантавай тэорыі ў выспелай яе форме.

Асноўныя падзеі ў плане згаданага стварэння разгарнуліся ў сярэдзіне 20-х гг. ХХ ст. У 1924 г. французскі фізік Л.дэ Бройль (1892-1987) абагульніў квантава-хвалевы дуалізм электрамагнітнага выпраменьвання, распаўсюдзіўшы яго на матэрыю, на аб’екты мікрасвету. Гэтыя аб’екты мусяць увасабляць у сабе і карпускулярныя, і хвалевыя ўласцівасці: ва ўраўненні дэ Бройля іх імпульс (характарыстыка карпускулярнага парадку) увязваецца з даўжынёй хвалі, што адпавядае кожнаму з іх.

У 1925 г. малады нямецкі фізік В.Гейзенберг здолеў сфармуляваць асновы слушнай фармальнай, матэматычнай мадэлі квантава-механічных працэсаў. Яго поспех грунтаваўся на крытычным пераасэнсаванні інтэлектуальных практык, што мелі месца ў атамнай фізіцы да гэтага часу. Ён прыйшоў да высновы пра іх істотную непаслядоўнасць: новыя, квантавыя падыходы спалучаліся ў іх з традыцыйнымі, класічнымі ўяўленнямі, якім бракавала эмпірычнага абгрунтавання і апраўдання. Нават Н.Бор выкарыстоўваў яшчэ ў сваёй тэорыі такія паняцці, як “становішча” ці “перыяд абарачэння” ў дачыненні да электрона, хоць яны не могуць назірацца. Як піша сам В.Гейзенберг, навукоўцы неяк прызвычаіліся да гэтай няпэўнай сітуацыі, у якой “паняцці і ўяўленні, перанесеныя з папярэдняй фізікі ў сферу атамаў, выступаюць там як напалову праўдзівыя і напалову памылковыя” [44, c.85]. Менавіта таму ён звярнуўся да велічыняў, што могуць быць прадметам назіранняў (напрыклад, частотаў святла, што выпраменьваецца атамам), і да распрацоўкі новага матэматычнага фармалізму.

Згаданы фармалізм грунтаваўся на законах матрычнага злічэння. Ён меў у найвышэйшай ступені абстрактны характар, “пазбаўлены ўсялякай сувязі з геаметрычнай інтуіцыяй” [70, c.169]. Тым не менш, як і ў выпадку іншых рэвалюцыйных фізічных тэорый гэтага часу, матэматычны фармалізм матрычнай механікі не быў аддзелены безданню ад класічнай фізікі. У рэтраспектыўным аналізе працэсу ягонай распрацоўкі В.Гейзенберг робіць у дадзенай сувязі цікавую заўвагу, указваючы, што гаворка для яго не ішла пра тое, каб з класічных прынцыпаў вывесці новыя “матэматычныя дачыненні, але каб адгадаць іх праз падабенства з формуламі класічнай фізікі” [44, c.86].

У 1926 г. Э.Шродзінгер стварыў іншую ўдалую матэматычную версію квантавай механікі. Як было падкрэслена вышэй (2.3), цэнтральнае месца ў яго даследаваннях і развагах займала праблема суадносінаў бесперапыннага і дыскрэтнага ў структуры рэальнасці. Ён імкнуўся даказаць, што карпускулярны аспект згаданай структуры вынікае з яе хвалевага аспекта, аддаючы, такім чынам, перавагу прынцыпу бесперапыннасці. Тым не менш навуковец указваў, што на эмпірычным ўзроўні дамінуе момант дыскрэтнасці: працэс вымярэння мусіць мець завершаны характар [81, c.19-21]. Прынцып бесперапыннасці павінен быць звязаны, значыцца, з тэарэтычным пазнаннем, дзе ён найбольш яскрава выяўляецца ў матэматычных функцыянальных сувязях [81, c.21].

Ягоная тэорыя якраз і дазваляла перадаць функцыянальную залежнасць каардынат мікрачасціцы ад часу. Яна абапіралася на два важныя дапушчэнні, згодна з якімі, па-першае, ігнараваліся працэсы анігіляцыі і ўтварэння часціц, г. зн. іх колькасць павінна была заставацца канстантнай; па-другое, дапускалася, што іх хуткасць заставалася малой у параўнанні з хуткасцю святла, г. зн. яна мела нерэлятывісцкі характар[95] Ядро дадзенай тэорыі – знакамітае ўраўненне Шродзінгера – дапускае шэраг рашэнняў, якія ўяўляюць сабой розныя хвалевыя функцыі. Квадраты гэтых функцый выяўляюць імавернасць знаходжання часцінкі ў прасторавым аб’ёме, што акаляе пэўны яго пункт [46, т.12, c.402; 70, c.203].

У дадзенай сувязі досыць дзіўнай выглядае ацэнка, якую дае хвалевай механіцы Д.Параш’я, разглядаючы яе як “у найвышэйшай ступені класічны праект”, што здзяйсняўся ў квантавай фізіцы (у адрозненне ад радыкальных у сваёй рэвалюцыйнасці поглядаў Н.Бора і В.Гейзенберга) [70, c.193]. З такім меркаваннем наўрад ці можна пагадзіцца, бо, па-першае, як паказаў сам Э.Шродзінгер, яго тэорыя з’яўляецца эквівалентнай матрычнай механіцы, распрацаванай В.Гейзенбергам[96] (таму кожная з іх не можа значна саступаць іншай у сваім рэвалюцыйным патэнцыяле). Па-другое, як паказана вышэй, яна атрымала некласічную статыстычную інтэрпрэтацыю[97] (Д.Параш’я, зрэшты, гэта цудоўна ведаў). Як бы ні ставіўся да такой інтэрпрэтацыі сам Э.Шродзінгер, факт яе з’яўлення сведчыць пра здольнасць хвалевай механікі набыць адпаведную форму, пра яе значны патэнцыял у гэтым плане. Разам з тым варта зазначыць, што навуковец не адчуваў асаблівага піетэту перад класічным разуменнем прынцыпу дэтэрмінізму (гл. прадмову). Гэта, безумоўна, зусім не азначае, што ён адмаўляў пэўную сувязь сваёй тэорыі з класічнымі ўяўленнямі (як не адмаўлялі яе, зрэшты, і Н.Бор з В.Гейзенбергам). Э.Шродзінгер, як і Л.дэ Бройль, лічыў, што распрацаваная імі хвалевая тэорыя з’яўляецца абагульненнем класічнай механікі аналагічна таму, як хвалевая (фізічная) оптыка з’яўляецца абагульненнем оптыкі геаметрычнай [3, c.388; 46, т.12, c.401]. Хоць Шродзінгер хутчэй за ўсё сапраўды не быў настолькі радыкальным і паслядоўным у пераадоленні класічных уяўленняў, як Бор і Гейзенберг, тым не менш ягоную хвалевую механіку наўрад ці дапушчальна характарызаваць як “у найвышэйшай ступені класічны праект”.

У 1927 г. у абсягу квантавай тэорыі былі зробленыя надзвычай важныя абагульненні, вакол якіх і да сённяшняга дня не сціхаюць філасофскія і навуковыя дыскусіі. Гаворка ідзе пра сфармуляваную В.Гейзенбергам тэзу пра дачыненне няпэўнасці і выпрацаваны Н.Борам прынцып дапаўняльнасці. Дачыненне няпэўнасці азначае немагчымасць адначасова з поўнай і аднолькавай дакладнасцю вызначыць шчыльна звязаныя паміж сабой велічыні, што характарызуюць рух мікрааб’ектаў (каардынаты часціцы і яе імпульс, час і энергію), бо чым больш дакладна вызначаецца адна велічыня, тым больш няпэўнай робіцца другая. Калі, напрыклад, мы адназначна выявім хуткасць (імпульс) электрона, любыя каардынаты (любое месцазнаходжанне) зробяцца для яго аднолькава імавернымі. Такім чынам, В.Гейзенберг надзвычай рашуча і радыкальна ўвёў у тэарэтычную фізіку ў якасці неад’емнага, неабходнага элемента спасціжэння і апісання характэрных для мікрасвету працэсаў момант няпэўнасці, імавернасці, выпадковасці. Больш за тое, на яго думку, у сваім найглыбейшым сэнсе дачыненне няпэўнасці яскрава выяўляе выразна ўсвядомленую ім раней немагчымасць ужывання класічных уяўленняў, ідэй і паняццяў пры апісанні мікрасвету без іх кардынальнай трансфармацыі.

Разам з тым, аднак, на пэўным узроўні квантава-механічнага дыскурсу без згаданых уяўленняў, ідэй і паняццяў абысціся нельга. Да такой высновы прыйшоў Н.Бор, грунтуючыся на сфармуляваным ім прынцыпе дапаўняльнасці. (Дадзены прынцып, на думку яго першаадкрывальніка, увогулесягае за межы фізікі і мае філасофскае значэнне [46, т.4, c.933].) Катэгорыя “дапаўняльнасць” паўстала з неабходнасці адэкватнага тэарэтычнага апісання феноменаў, характар і асаблівасці якіх не могуць быць перададзеныя пры дапамозе аднаго ўяўлення, аднаго вобразу, адной карціны. Таму для раскрыцця іх характэрных рыс, іх адметнасці, іх дынамікі даследчык мусіць звяртацца да паняццяў і ідэй, што ўзаемна выключаюць адно аднаго, і патрапляе, такім чынам, ва ўзаемавыключальныя (і ўзаемадапаўняльныя) пазнавальныя сітуацыі [34, т.2, c.847; 44, c.147; 46, т.4, c.1093]. Пры гэтым трэба мець на ўвазе, што дапаўняльныя паняцці, выступаючы як неабходныя для адэкватнага апісання рэчаіснасці, не могуць адначасова ўжывацца з усёй строгасцю і дакладнасцю. Гэта яскрава выяўляецца і ў палажэнні пра карпускулярна-хвалевы дуалізм мікрааб’ектаў, і ў дачыненні няпэўнасці (часціца і хваля ў першым выпадку, месца і імпульс у другім выступаюць менавіта як такога кшталту паняцці) [88, c.132].

З прынцыпу дапаўняльнасці вынікае, што эксперыменты, здзейсненыя ва ўзаемнадапаўняльных пазнавальных сітуацыях, прыводзяць да ўзаемадапаўняльных вынікаў. І гэта не выпадкова: узаемадзеянне эксперыментальных і вымяральных прыстасаванняў з аб’ектамі мікрасвету выступае як неад’емны інтэгральны кампанент той рэальнасці, што павінна даследавацца і апісвацца квантавай фізікай. Розныя фізічныя інструменты, задзейнічаныя ў адпаведных эксперыментах, выклікаюць, такім чынам, розныя формы паводзінаў мікрааб’ектаў. Гаворачы словамі Н.Бора, у такіх умовах дапаўняльнасць выступае як грунтоўная характарыстыка тых адказаў, што прырода дае на пастаўленыя ёй нашымі эксперыментамі пытанні [34, т.2, c.848].

Прынцып дапаўняльнасці выступае як ядро капенгагенскай інтэрпрэтацыі квантавай механікі. У адпаведнасці з ёй незалежнае ад назіральніка і ад умоў назірання апісанне падзей у мікрасвеце немагчымае. Аб’ектывацыя выказванняў (суаднясенне з прадметнай сферай, якое надае ім агульназначны, інтэрсуб’ектыўны характар) пра згаданыя падзеі можа і павінна здзяйсняцца толькі з выразнай спасылкай на пазіцыю даследчыка, на адпаведную перспектыву, бо з яе змяненнем мусіць змяніцца і характар іх апісання. Згаданая аб’ектывацыя, аднак, ні ў якім разе не можа быць забяспечаная без звароту да класічных паняццяў. Гэта звязана з тым, што фізічныя прыстасаванні, задзейнічаныя ў даследаванні мікрааб’ектаў, належаць да макрасвету і падпарадкоўваюцца яго законам, г. зн. законам класічнай фізікі.

Неабходна адзначыць, што шмат хто з тэарэтыкаў навуказнаўства, а таксама навукоўцы, прыхільнікі квантавай механікі і яе капенгагенскай інтэрпрэтацыі, але разам з тым нярэдка і непрыхільнікі, энергічна даводзяць пра яе выключную паспяховасць ва ўсіх адносінах. Сучасны французскі навуказнавец Ж.-М.Леві-Леблонд указвае, напрыклад, на яе плённасць у даследаванні самых розных сфер рэчаіснасці (ад падзей, што адбываюцца ўнутры ядра, да працэсаў, што маюць месца ўнутры зорак). Ён падкрэслівае таксама яе практычную эфектыўнасць (яна паспяхова ўжываецца ў абсягу тэхнікі – лазернай, звышправадніковай і г. д.) [26, c.785]. К.Ф.фон Вайцзэкер звяртае ўвагу на іншы момант – на надзвычай высокі ўзровень яе эмпірычнага пацвярджэння. Ён піша ў дадзенай сувязі, што сёння можна прывесці ці не мільрд паасобных фактаў, якія падпарадкоўваюцца квантавай тэорыі, у той час як не знойдзена ніводнага, які выразна супярэчыў бы ёй [88, c.93].

Разам з тым шэраг філосафаў і навукоўцаў успрыняў яе досыць крытычна. К.Попер, напрыклад, лічыў, што момант няпэўнасці ў спасціжэнні мікрасвету, які сцвярджаецца як прынцыповы аспект капенгагенскай інтэрпрэтацыі, павінен разглядацца на самай справе як змушаны і паліятыўны (у падабенстве са статыстычна-механічным абгрунтаваннем класічнай тэрмадынамікі). Адпаведныя фізічныя велічыні маюць у сапраўднасці дакладныя значэнні, толькі мы не можам іх дакладна вымераць [46, т.11, c.262].

Да самых упартых і паслядоўных апанентаў квантавай тэорыі належаў і А.Эйнштэйн (што выглядае крыху парадаксальным, улічваючы ягоны чынны ўдзел у стварэнні згаданай тэорыі). Не адмаўляючы квантаваму фармалізму і квантавым прынцыпам у праве на існаванне, ён тым не менш лічыў іх паліятыўным рашэннем звязаных з апісаннем мікрасвету праблем. Вялікі фізік не мог прымірыцца з імаверным, статыстычным характарам квантава-механічных уяўленняў, не мог адмовіцца ад класічнага ідэалу адназначнай прычыннасці. “Бог не гуляе ў косці,” – даводзіў ён з гэтай нагоды і нястомна шукаў тэарэтычную альтэрнатыву імавернаму апісанню атамных і субатамных працэсаў у квантавай тэорыі. У сувязі з гэтым паміж ім і Борам разгарэліся надзвычай інтэнсіўныя дыскусіі (якім часам надаецца эпітэт “гамерычныя” [18, c.139]), што далі магутны штуршок далейшаму высвятленню канцэптуальных асноў сучаснай фізікі.

Неабходна адзначыць, што і прыхільнікі, і апаненты капенгагенскай інтэрпрэтацыі квантавай механікі нярэдка бачылі ў ёй падставу для эпістэмалагічнага песімізму, мяркуючы, нібыта яна фіксуе неадольныя межы ў нашым пазнанні прыроды і пасуе перад імі. Такога кшталту песімістычныя высновы аспрэчваюцца і адпрэчваюцца, аднак, – найперш і з асаблівай энергіяй і паслядоўнасцю філосафамі і навукоўцамі з марксісцкімі поглядамі ці блізкімі да іх. Так, П.Ланжэвен (1872-1946) падкрэcліваў, што дачыненне няпэўнасці выяўляе не неадольны бар’ер для навуковага пазнання, а межы дзейснасці і значнасці паняццяў і ўяўленняў класічнай фізікі, указваючы на патрэбу ў новым матэматычным фармалізме для квантавых велічыняў [26, c.787]. Пры гэтым тэарэтыкі, якія належаць да марксісцкага кірунку, мяркуюць, што эфектыўнасць характэрнай для квантавай тэорыі статыстычнай пазнавальнай стратэгіі абумоўленая яе адпаведнасцю аб’ектыўным уласцівасцям самой рэальнасці [34, т.3, c.982].

Ж.-М.Леві-Леблонд, з сімпатыяй згадваючы пазіцыю П.Ланжэвена, указвае на адмысловае значэнне адэкватнага матэматычнага фармалізму ў абсягу квантавай фізікі. Сфармуляваная пры дапамозе адэкватных матэматычных сродкаў, яна губляе парадаксальны выгляд і з усёй яскравасцю дэманструе сваю пазнавальную магутнасць [26, c.787]. Разам з тым ён ацэньвае капенгагенскую інтэрпрэтацыю квантавай тэорыі хутчэй негатыўна (ён даводзіць у дачыненні да яе пра “праблематычную фармулёўку” [26, c.787]). Мяркуючы па ўсім, Ж.-М.Леві-Леблонда турбуюць найперш тэндэнцыі да яе дагматызацыі: асвечаная паспяховасцю сваіх імаверных прагнозаў у практыцы навуковых даследаванняў, яна не спрыяла аналізу фізікамі звязаных з развіццём квантавых уяўленняў праблем грунтоўнага парадку (у першую чаргу пытання пра іх суадносіны з класічнымі паняццямі і ідэямі) [26, c.788]. Аднак і ён сам, і іншыя навукоўцы [18, c.123-124; 26, c.788-789] даводзяць пра тое, што згаданыя дагматычныя тэндэнцыі не здолелі перамагчы і прыпыніць прысвечаныя канцэптуальным пытанням квантавай фізікі інтэнсіўныя дыскусіі філосафаў і навукоўцаў (пра якія гаворка пойдзе ніжэй).

Такім чынам, распрацоўка квантавай механікі распачынаецца з прапанаванай М.Планкам у 1900 г. гіпотэзы квантаў. Затым ідэя квантаў была выкарыстаная для тлумачэння з’явы фотаэфекту і для абгрунтавання “планетарнай” мадэлі атама, што дало магутны штуршок далейшаму развіццю атамнай фізікі. Асноўныя падзеі ў кантэксце стварэння развітай квантавай тэорыі адбыліся ў сярэдзіне 20-х гг. ХХ ст.: быў абагульнены і распаўсюджаны на аб’екты мікрасвету карпускулярна-хвалевы дуалізм электрамагнітнага выпраменьвання, былі распрацаваныя дзве ўдалыя версіі матэматычнай фармулёўкі згаданай тэорыі (матрычная і хвалевая), былі сфармуляваныя фундаментальныя ў кантэксце яе пэўнай эпістэмалагічнай, метадалагічнай і тэарэтычнай інтэрпрэтацыі тэза пра дачыненне няпэўнасці і прынцып дапаўняльнасці. Дадзеная (капенгагенская) інтэрпрэтацыя квантавай механікі і сёння застаецца прадметам філасофскіх і навуковых дыскусій, хоць яе прыхільнікі (а нярэдка і яе непрыяцелі) даводзяць пра яе выключную паспяховасць.

ПЫТАННІ І ЗАДАННІ

1. Ж.-М.Леві-Леблонд лічыць тэрмін “квантавая механіка” ўстарэлым і неадэкватным той сферы фізічных даследаванняў, якую ён абазначае. Навуковец прапаноўвае замяніць яго на субстантываваны прыметнік – quantique у французскай мове [26, c.785], што па-беларуску гучала б як квантыка. Падумайце, на чым магла б грунтавацца такая прапанова. Ці падтрымалі б Вы яе? Чаму?

2. На думку нямецкага філосафа М.Дрышнера, развага, што выяўляе існасць палажэння пра дачыненне няпэўнасці, павінна мець наступны выгляд: “Магчымыя станы аб’екта апісваюцца квантавай механікай. Аднак у квантавай механіцы не існуе стану, пры якім месца і імпульс адначасова мелі б пэўныя значэнні” [46, т.11, c.262]. Чым адрозніваецца дадзеная фармулёўка ад той, што пададзена вышэй у тэксце?

3. Прынцып дапаўняльнасці быў сфармуляваны ў працэсе распрацоўкі квантавай механікі. Адпаведная праблематыка, аднак, цалкам натуральна можа разглядацца ў кантэксце класічнай тэрмадынамікі [34, т.2, c.847-848; 44, c.149-150]. Прааналізуйце ўзаемадачыненні абедзвюх тэорый з пункту гледжання рэалізацыі ў іх згаданага прынцыпу і паспрабуйце выявіць падабенства і адрозненні паміж імі ў гэтым плане.

4. Падумайце, як суадносяцца паміж сабой прынцып дапаўняльнасці і прынцып адпаведнасці.

5. Наколькі слушным і апраўданым з’яўляецца, на Вашу думку, памкненне Н.Бора надаць прынцыпу дапаўняльнасці ўніверсальнае значэнне і пашырыць сферу яго ўжывання на іншыя, нават далёкія ад фізікі галіны пазнання (напрыклад, на этыку, дзе ў якасці дапаўняльных паняццяў, як лічыць навуковец, фігуруюць любоў і справядлівасць)?

4.5. Квантавая фізіка і рэвалюцыя ў сучаснай хіміі

Вышэй (2.1) ужо закраналася пытанне пра магчымасць радыкальных пераўтварэнняў у адной галіне навуковых ведаў пад уплывам другой (навуковая рэвалюцыя праз парадыгматычную “прышчэпку”). У якасці найяскравейшага прыкладу падобнага разгортвання падзей можа фігураваць рэвалюцыя ў хіміі, здзейсненая на аснове квантава-механічных уяўленняў. Той момант, што квантавая механіка мае для хімічных даследаванняў грунтоўнае значэнне, выразна выявіўся ўжо ў працэсе яе распрацоўкі. Так, тэорыя Бора-Зомерфельда, увядзенне паняцця спіну, а таксама сфармуляваны В.Паўлі (1900-1958) прынцып выключэння дазволілі растлумачыць перыядычны закон і перыядычную сістэму хімічных элементаў [9, с.314-317].

Спін – гэта квантава-механічны аналаг вярчальнага імпульсу класічнай механікі. Яны адрозніваюцца, аднак, тым, што вярчальны імпульс у класічнай механіцы выклікаецца вярчальным рухам масы. Спін належыць да грунтоўных характарыстык элементарных часціц. Згодна з прынцыпам выключэння ў атаме не можа быць двух і болей электронаў, рух якіх характарызуецца аднолькавымі значэннямі ўсіх квантавых лікаў. Увогуле, квантавыя лікі фіксуюць пэўныя з магчымых значэнняў дадзенай фізічнай велічыні. Каб апісаць іерархічную структурную арганізацыю атама патрэбныя чатыры такія лікі. Яны характарызуюць прасторавае становішча і энергетычны стан той абалонкі, на якой знаходзіцца электрон (больш блізкія да ядра характарызуюцца меншымі значэннямі энергіі, больш аддаленыя – большымі), яе форму, прасторавую арыентацыю і велічыню яго спіна.

У адпаведнасці з прынцыпам выключэння на кожнай абалонцы не можа быць больш, чым 2n² электронаў (дзе n – яе парадкавы нумар у плане аддаленасці ад ядра). Хімічныя ўласцівасці атама істотным чынам звязаныя з колькасцю электронаў на знешняй абалонцы: ступенню яе (не)запоўненасці вызначаецца яго хімічная актыўнасць. У сувязі з гэтым была растлумачаная такая характарыстыка хімічных элементаў, як іх валентнасць, якая дагэтуль не магла атрымаць слушную тэарэтычную інтэрпрэтацыю. Знайшло сваё тлумачэнне і перыядычнае паўтарэнне іх уласцівасцяў у слупках перыядычнай табліцы: яно грунтуецца на тым, што знешнія абалонкі размешчаных у іх элементаў змяшчаюць аднолькавую колькасць электронаў. Дзякуючы выяўленню ўнутранай структуры атама высветлілася таксама, што месца хімічнага элемента ў перыядычнай табліцы (г. зн. сукупнасць яго характарыстык) залежыць ад зараду ядра атама (колькасці пратонаў у ім) ці сукупнага адмоўнага зараду (г. зн. колькасці наяўных у адпаведным атаме электронаў).

Уяўленне пра іерархічную структуру атама дазволіла таксама самым істотным чынам паглыбіць разуменне сутнасці хімічных рэакцый. У хімічных рэакцыях удзельнічаюць электроны, што належаць да знешніх абалонак. Менавіта на высвятленне іх паводзінаў пры ўтварэнні хімічных злучэнняў была скіраваная ўвага хімікаў. Дзякуючы таму інструментарыю, што дала ім квантавая фізіка (найперш хвалевая механіка Э.Шродзінгера), яны былі ў стане зрабіць першыя крокі да тлумачэння характару хімічных сувязяў пры ўтварэнні малекул. Аналагічную выснову можна зрабіць і адносна вывучэння электрахімічных феноменаў: яснае ўяўленне пра структуру атама і тэорыя іанізацыі мелі ў гэтым плане найгрунтоўнейшае значэнне. Галоўным вынікам квантавай рэвалюцыі ў хіміі, аднак, было ўсталяванне ў ёй квантавага мыслення, магутны крок наперад у яе матэматызацыі, так што ў пэўных выпадках квантава-фізічныя разлікі могуць нават зрабіць залішнімі хімічныя эксперыменты.

Такім чынам, ужо ў працэсе распрацоўкі квантавай механікі выявілася яе істотнае значэнне для хімічнай навукі. На аснове тэорыі Бора-Розенфельда, прынцыпу выключэння В.Паўлі і ўяўлення пра спін электрона была растлумачана перыядычная табліца хімічных элементаў. Уяўленне пра іерархічную структуру атама дазволіла паглыбіць разуменне сутнасці хімічных рэакцый, наблізіцца да тлумачэння характару хімічных сувязяў пры ўтварэнні малекул. Аднак галоўным вынікам квантавай рэвалюцыі ў хіміі было ўсталяванне ў ёй квантавага мыслення. На гэтай аснове быў зроблены магутны крок наперад у яе матэматызацыі, так што ў пэўных выпадках квантава-фізічныя разлікі могуць замяніць хімічныя эксперыменты.

ПЫТАННІ І ЗАДАННІ

1. Узаемадзеянне фізікі і хіміі мае сваю гісторыю, свае традыцыі. Што могуць даць нам для разумення згаданага ўзаемадзеяння падзеі, што разгарнуліся ў яго рамках у 20-х – 30-х гг. ХХ ст.? Паспрабуйце выявіць асаблівасці гэтых падзей у згаданым кантэксце.

2. Грунтоўны ўплыў квантавай фізікі на хімію падаецца відавочным і бясспрэчным. Ці нельга сцвярджаць, што і фізіка атрымала пры гэтым важкія набыткі? (У папярэднім пытанні даводзіцца ўсё-такі пра ўзаемадзеянне гэтых дзвюх навуковых дысцыплін.) Калі так, дык у чым яны?

3. Прааналізуйце феномен квантавай рэвалюцыі ў хіміі ў кантэксце дыскусій пра яе самастойнасць.

4. Сучасны французскі навуковец Ж.-П.Мальрыё піша, што квантавая хімія з’яўляецца хутчэй матэматычна-вылічальнай дысцыплінай, чым тэарэтычнай [77, c.849]. Як можна растлумачыць, на Вашу думку, такі стан рэчаў?

5. У тэксце параграфа гаворка ішла пра значэнне квантавай фізікі для сучаснай хіміі. Ці не магла даць пэўныя імпульсы для разгортвання хімічных даследаванняў у ХХ ст. і рэлятывісцкая фізіка? Дзякуючы чаму рэлятывісцкая фізіка магла паўплываць на развіццё сучаснай хіміі?

4.6. Праблема ўзаемадачыненняў квантавай і рэлятывісцкай фізікі

Узаемадачыненні квантавай і рэлятывісцкай фізікі былі і застаюцца ў найвышэйшай ступені складанымі, напоўненымі вострымі супярэчнасцямі і калізіямі (яскравым прыкладам якіх з’яўляюцца згаданыя вышэй “гамерычныя” дэбаты Бора і Эйнштэйна). Мы маглі ўжо неаднойчы (напрыклад, аналізуючы творчыя пошукі і тэарэтычныя набыткі І.Н’ютана, Д.К.Максвела) пераканацца, што тэндэнцыя да сінтэзу тэорый, у якіх разглядаюцца разнародныя, на першы погляд, феномены, праходзіць праз усю гісторыю фізікі сучаснага тыпу. На грунце гэтай тэндэнцыі цалкам заканамерна паўстаў ідэал уніфікацыі фізічных уяўленняў, які нацэльваў навукоўцаў на стварэнне адзінай, вялікай, сінтэтычнай супертэорыі. Дадзеную задачу ставілі перад сабой і імкнуліся вырашыць найвялікшыя фізікі ХХ ст., яна засталася, аднак, нявырашанай і на сённяшні дзень.

Апарэйтычная сітуацыя назіраецца найперш якраз ва ўзаемадачыненнях дзвюх найважнейшых тэорый ХХ ст. – квантавай і рэлятывісцкай. Кожная з іх, узятая самастойна, мае несупярэчлівы і звязны характар. Пры ўсякай спробе сінтэзаваць іх у адзінае тэарэтычнае ўтварэнне паўстаюць, аднак, вострыя супярэчнаці. (Дадзеная сітуацыя, зрэшты, надта пасуе постмадэрнісцкаму светабачанню. Грунтоўныя фізічныя тэорыі супраціўляюцца іх магчымаму сінтэзу, нібы жадаючы сцвердзіць такі любы постмадэрністам прынцып рознасці – у дадзеным выпадку рознасці падыходаў да фізічнай рэальнасці, да прыродных з’яў.)

Неабходна адзначыць, што згаданая апарыя (ад старажытнагр.ἀπορία – цяжкае становішча, сумненне) мае глыбокія карані, якія сягаюць па-за межы ўзроўню матэматычнага фармалізму (на якім, безумоўна, выяўляюцца ў найвышэйшай ступені істотныя адрозненні паміж абедзвюма тэорыямі). Справа ў тым, што квантавая і рэлятывісцкая фізіка адрозніваюцца сваімі светапогляднымі падставамі, самой існасцю сваіх падыходаў да разумення і апісання прыроды.

Шмат хто з філосафаў і навукоўцаў лічыць правамерным і апраўданым весці гаворку ўвогуле пра іх прынцыповую рознатыповасць: калі квантавая механіка разглядаецца як сучасная тэорыя, дык тэорыя адноснасці – як класічная. Такую пазіцыю адстойваў, напрыклад, Э.Шродзінгер, які ўлучаў эйнштэйнаўскую тэорыю гравітацыі ў абсяг класічнай фізікі на падставе строга дэтэрміністычнага характару ўласцівай ёй карціны прыроды [81, c.24]. С.Хокінг і Л.Млодзінаў абгрунтоўваюць ідэнтычны пункт погляду тым, што у ёй, як і ў механіцы Н’ютана ці электрадынаміцы Максвела, “ўніверсум мае адну адзіную гісторыю”, у той час як паводле квантавых уяўленняў ён можа мець іх безліч [43, c.103]. (Адмова рэлятывісцкай фізіцы ў праве на статус сучаснага тэарэтычнага ўтварэння выглядае, аднак, досыць праблематычнай, калі ўзяць пад увагу ролю, якая адводзіцца ў ёй назіральніку.)

У больш канкрэтным плане Д.Параш’я выяўляе дзве найгрунтоўнейшыя цяжкасці, што перашкаджаюць стварэнню “квантавай тэорыі адноснасці”:

– па-першае, тэорыя адноснасці даводзіць пра эквівалентнасць масы і энергіі, адкуль вынікае незахаванне ліку элементарных часцінак пры іх сутыкненні; згодна з квантава-механічнымі ўяўленнямі (дачыненнем няпэўнасці), аднак, энергія сістэмы ў пэўны момант часу не можа быць вызначаная дакладна; як выявіць рэлятывісцкія адносіны паміж велічынямі, адна з якіх выступае як няпэўная?

– па-другое, “калі ў тэорыі адноснасці час і прастора выконваюць сіметрычную ролю, дык у квантавай фізіцы яны поўнасцю раз’яднаныя” [70, c.359].

Д.Параш’я і іншыя даследчыкі справядліва падкрэсліваюць разам з тым, што на лакальным узроўні мелі і маюць месца адносна ўдалыя спробы спалучыць патрабаванні квантавай і рэлятывісцкай фізікі. Яны былі здзейсненыя ў даследаваннях А.Розенфельда, П.Дзірака, на што ўжо ўказвалася вышэй (4.4). У гэты шэраг належаць таксама пошукі навукоўцаў, што прывялі да сварэння квантавых тэорый поля (піянерскімі тут былі працы Р.Фейнмана), пра што больш падрабязная гаворка пойдзе ніжэй (4.8). Тым не менш квантавая тэорыя гравітацыі, патрэба ў якой востра адчуваецца не толькі ў абсягу тэарэтычнай фізікі, але і касмалогіі, застаецца на сённяшні дзень недасягальнай.

Наяўнасць сур’ёзнай праблемы стымулюе творчую думку. Апарэйтычная сітуацыя ва ўзаемадачыненнях квантавай і рэлятывісцкай фізікі выклікала да жыцця інтэнсіўныя пошукі і паспрыяла сур’ёзным адкрыццям, хоць кардынальнае яе пераадоленне і не было дасягнута. Высокі інтэлектуальны ўзровень згаданых пошукаў быў зададзены дыскусіямі Н.Бора і А.Эйнштэйна, пра якія неаднаразова ўжо ішла гаворка. Праўда, большасць фізікаў працяглы час не надта зважала на інтэлектуальную бітву вялікіх навукоўцаў. Яна падавалася ім занадта субтыльнай, у першую чаргу эпістэмалагічнай і досыць далёкай ад практыкі навуковых даследаванняў.

У кантэксце згаданых дыскусій А.Эйнштэйн, Б.Падольскі (1896-1966) і Н.Розэн (1909-1995) надрукавалі ў 1935г. артыкул, які меў на мэце даказаць непаўнату квантава-механічнага фармалізму (праблематычны характар квантавай механікі падкрэсліваў загаловак гэтай працы: “Ці можна лічыць квантавае апісанне фізічнай рэальнасці поўным?”) Аўтары артыкула ўказвалі на тое, што ў пэўных выпадках (напрыклад, калі адпачаткова ўзаемадзейныя паміж сабой мікрааб’екты аддаляюцца адзін ад аднаго) існуе магчымасць строгіх прадказанняў на аснове згаданага фармалізму – яны імкнуліся, такім чынам, абвергнуць яго на ягонай уласнай аснове! Дадзеная акалічнасць яскрава сведчыла, на іх думку, пра існаванне дадатковых, няўлічаных квантавай механікай параметраў і мусіла нацэльваць на іх пошук. Н.Бор адказаў на артыкул А.Эйнштэйна, Б.Падольскага і Н.Розэна ўласнай аднайменнай працай, у якой ён адстойваў супрацьлеглую пазіцыю. Ён падкрэсліваў пры гэтым, што ў прыведзеным ягонымі апанентамі выпадку нельга весці гаворку пра індывідуальныя ўласцівасці мікрааб’ектаў, што яны ўтвараюць адзіную сістэму нават пры аддаленні адзін ад аднаго [18, c.141].

Толькі праз тры дзесяцігоддзі дадзеная палеміка страціла свой чыста акадэмічны характар. У 1964 г. ірландскі фізік Д.Бел паказаў, што пры ўсякай спробе дапоўніць квантава-механічны фармалізм дадатковымі зменнымі, у якіх фіксуюцца скрытыя параметры, што дазваляюць адназначнае апісанне фізічнай рэальнасці, у пэўных выпадках паўстаюць супярэчнасці са зробленымі на яго аснове прадказаннямі. Такім чынам, выбар на карысць пазіцыі Бора ці Эйнштэйна мог быць пагрунтаваны не на эпістэмалагічных прыхільнасцях, а на выніках эксперыментаў. Было здзейснена некалькі пакаленняў такіх эксперыментальных праверак, і шмат хто з фізікаў разглядае іх рэзультаты як адназначны аргумент на карысць пазіцыі Н.Бора [18, c.143-145].

Такім чынам, ва ўзаемадачыненнях дзвюх найважнейшых фізічных тэорый ХХ ст. – квантавай і рэлятывісцкай – назіраецца апарэйтычная сітуацыя: узятыя паасобку, яны маюць несупярэчлівы характар, аднак пры ўсякай спробе сінтэзаваць іх паўстаюць супярэчнасці. Дадзеная апарыя, з аднаго боку, мае глыбокія, светапоглядныя і тэарэтычныя падставы, а з іншага – выяўляецца ў іх фармальнай несумяшчальнасці (несумяшчальнасці на ўзроўні ўласцівага кожнай з іх матэматычнага фармалізму). Яна выклікала інтэнсіўныя эпістэмалагічныя і навуковыя пошукі. У іх рэчышчы былі зробленыя спробы даказаць, што квантава-механічны фармалізм не з’яўляецца агульназначным. У 60-х гг. ХХ ст. адпаведныя дыскусіі набылі эксперыментальны падмурак, і вынікі адпаведных эксперыментаў шмат хто з фізікаў разглядае як аргумент на карысць капенгагенскай інтэрпрэтацыі квантавай механікі.

ПЫТАННІ І ЗАДАННІ

1. Наколькі правамерна, на Вашу думку, улучаць рэлятывісцкую фізіку ў абсяг класічнай навукі?

2. Наколькі прыцягальным падаецца Вам ідэал адзінай фізічнай супертэорыі?

3. Чый бок у дэбатах Бора і Эйнштэйна занялі б Вы? Які тып фізічнага апісання рэчаіснасці – квантава-механічны ці рэлятывісцкі – Вам бліжэй?

4. Паспрабуйце прааналізаваць узаемадачыненні квантавай і рэлятывісцкай фізікі ў кантэксце ўзаемадзеяння філасофіі і навукі. Як калізіі ў згаданых дачыненнях паўплывалі на філасофію? Якое значэнне мае філасофская рэфлексія ў кантэксце гэтых драматычных калізій?

Поиск по сайту: