Физическая парадигма и универсальная теория
Тип: контрольная работа
Категория: Физика
Физическая парадигма и универсальная теорияКризис фундаментальной физической теорииБостонская дискуссияКвантовая теория поля является теоретической основой современной фундаментальной физики, включающей физику элементарных частиц и космологию. Своего наибольшего успеха она достигла в 70-х годах XX века, когда была создана Стандартная модель, достаточно хорошо описывающая опытные данные. В ней фундаментальные взаимодействия природы удалось описать единым образом – посредством неабелевой калибровочной теории. Однако затем последовал длительный период теоретического застоя, продолжающийся и ныне. Концептуальное развитие СМ застопорилось. Создавшееся положение обсуждалось в 1996 г. в Бостонском университете на представительном симпозиуме, посвященном концептуальным основаниям КТП. В 1999 году его материалы были опубликованы. Их краткий обзор дан в работе, которой мы будем следовать. В состоявшейся дискуссии с участием известных физиков и философов науки нас будут интересовать критический взгляд на КТП «изнутри» и видение перспективы.Апологеты СМ утверждают, что физика может считаться завершенной, что все основные законы уже открыты и систематизированы в Стандартную модель. Их лозунг: «Никакой новой физики!» Однако многие исследователи такую точку зрения отвергают, подвергая СМ и КТП жесткой критике за присущие им недостатки. Заостряя ситуацию, Ш. Глэшоу сказал даже, что «КТП просто неверна!» Верная теория, считает он, должна включать в себя квантовую гравитацию. Среди недостатков КТП выделяется проблема расходимостей. «Для таких светил, как Швингер и Дирак, появление расходимостей делало КТП неприемлемой в качестве некоторой окончательной теории», – отметил Глэшоу. Перспективу он видит в теории струн. «Но никто еще не получил из теории струн каких-либо проверяемых предсказаний», – напомнил он.Сторонником теории струн и критиком СМ выступил и Д. Гросс. Он перечислил проблемы, которые требуют выхода за пределы КТП. В их числе унификация взаимодействий, иерархия масс, происхождение лептон-кварковых семейств, объяснение параметров СМ и малой величины космологической постоянной, реконструкция ранней истории Вселенной и др.Проблемы, выходящие за рамки КТП, Глэшоу определил как метафизические. Он относит к ним дираковскую «проблему больших чисел». Почему массы различных фермионов различаются на пять порядков и столь малы по сравнению с планковской массой? Почему взаимодействия в мире элементарных частиц описываются калибровочными симметриями и какова природа этих симметрии? Что является источником сил? Почему равны гравитационная и инерционная массы? Есть ли внутренняя структура у электрона? И т.д. С точки зрения Глэшоу подлинные метавопросы остались сейчас только в физике элементарных частиц и космологии.Вывод, к которому пришли критики СМ, таков: стагнация теории должна быть преодолена новой концептуальной революцией, которая не обязательно будет базироваться на теории струн, но в любом случае совершит радикальный пересмотр основных допущений и принципов КТП. Фактически это есть констатация кризиса современной физической парадигмы без указания конкретного выхода из него.Важное место в дискуссии было уделено метафизическим и эпистемологическим вопросам физики. Среди первых основное место занимает вопрос о картине мира, рисуемой современной физикой. Является ли мир непрерывным или он дискретен? Какова природа вакуума и вакуумных флуктуации? Каков смысл понятий волна и частица в субатомном мире? Обладает ли мир иерархической структурой и если да, то каковы механизмы взаимодействия между ее уровнями? Можно ли уровни описывать в рамках редукционизма или они несводимы друг к другу?К. Ровелли отметил, что в современной картине мира, основанной на КТП, нет ответа на вопросы, что такое время, пространство, причинность, материя. До сих пор не решена проблема объединения квантовой механики и эйнштейновской общей теории относительности с ее представлениями о пространстве-времени, и сегодня мы не имеем согласованной картины физического мира. КМ и ОТО разрушили понятия, на которых более трех столетий основывался синтез картезианско-ньютоновской картины мира, не создав новой. Ровелли настораживает, что в теории «невозмущенной» канонической гравитации и в «невозмущенной» теории струн из фундаментальных уравнений исчезает время, а с ним и эволюция мира.Среди эпистемологических проблем главным является вопрос о природе физических понятий: стоит ли за ними физическая реальность или это теоретический конструктор? В частности, описывает ли реальность базисная онтология теории?С. Вайнберг, анализируя путь развития КТП и ее основных понятий, отмечает, что прежний дуализм, согласно которому мир состоит из частиц и полей, преодолен. С позиции КТП квантовые поля являются базисными ингредиентами Мироздания, в то время как частицы вторичны – они просто проявления полей. Но, отмечает Вайнберг, многие вычисления упрощаются, если их выполнять, следуя мировым линиям частиц. Он выразил неудовлетворение феноменологическим описанием элементарной частицы, поле которой присутствует в лагранжиане. Ф. Рорлих подчеркивает, что экспериментаторы наблюдают именно частицы, и в отличие от других компонент теории онтологический статус элементарных частиц вызывает мало сомнений. Рациональное оправдание для формализма КТП Вайнберг видит в том, что здесь реализуется синтез трех принципов: лоренц-инвариантности, квантовой механики, а также кластерного разложения, согласно которому «результаты удаленных друг от друга экспериментов не должны быть коррелируемы».Наиболее острая дискуссия развернулась по проблеме редукционизма – антиредукционизма в теоретической реконструкции микрореальности, поскольку она связана со стратегическими путями развития физической теории. Их два: программа эффективных теорий или поиск окончательной теории. Первая исходит из того, что иерархические уровни материи, различающиеся масштабом длин и энергий, квазиавтономны, а их «население» подчиняется собственным законам. Современная наука устроена подобным же иерархическим образом, а ее уровни имеют свои собственные основополагающие эксперименты и понятия, не имеющие смысла на низшем, фундаментальном уровне и невыводимые из понятий последнего. Согласно Т. Цао, стра...