Метафизика в физике XX века

Ньютона можно назвать первым научным апологетом Нового времени, саму физику создавшим для научной апологетики. Но физика не пошла за своим создателем Ньютоном. Она пошла вслед за Декартом и Лейбницем, создавшими системы мира, в которых либо свободная причинность отделена от естественной непроницаемой стеной (Декарт: мир сознания и мир пространственный), либо причинность вообще не играет существенной роли (Лейбниц: предустановленная Богом раз и навсегда гармония). Печально, но факт: неизбежная реакция против ньютонианской физической парадигмы возникла как реакция против ньютоновой метафизики (Г.Герц, Э.Мах) и прежде всего против свободной причинности.  
 

Кризис ньютоновской физической парадигмы на рубеже XIX–XX вв. привел к отказу от ряда метафизических постулатов Ньютона, но не к отказу от метафизики. Вместо прежних метафизических постулатов в физику вошли другие, благодаря чему физика освободилась от феноменологизма, вернув себе прежний (ньютоновский) онтологический характер. Впервые после Ньютона смогла возродиться физическая апологетика.  

 

В теории тяготения Эйнштейна отсутствуют метафизические постулаты Ньютона: мгновенность распространения взаимодействий, абсолютные пространство и время, принцип инерции. Не обязательна концепция материальной точки. Исключен такой метафизический элемент как сила, и тем более сила инерции, замененная воздействием на тела новой метафизической сущности – четырехмерного псевдориманова пространства – времени. Место ньютоновых абсолютов пространства и времени занял новый абсолют – пространственно-временной мир, в полном смысле метафизичный – не доступный ни глазу, ни прибору (приспособленному исключительно к трехмерному восприятию). Кривизна этого мира, недоступная наблюдениям, управляет всем наблюдаемым движением тел.  

 

Естественно, такая теория строилась онтологически (как, собственно, строилась и ньютоновская теория), т.е. от метафизики к физике, а отнюдь не от фактов опыта и не на пути обобщения фактов. (Эйнштейн писал о том, насколько бессмысленным представился ему феноменологический путь построения теории: этот путь, во-первых, всегда неоднозначен, потому что любая совокупность фактов может быть описана различными теориями; во-вторых, он бессмыслен, потому что заведомо ложная теория всегда прекрасно объяснит вам любые факты). Благодаря этому теория стала фальсифицируемой, т.е. принципиально опровержимой на эксперименте. Но именно вследствие этой независимости теории от опыта соответствие ее с опытом не могло уже быть тавтологией, но приобрело подлинно доказательный характер: опыт впервые обрел статус праведного судьи, свидетельствующего об истинности теории. Истина перестала определяться прагматическим принципом – от «удобств» пришлось отказаться: геометрия в этой теории неизмеримо сложнее евклидовой. Но цель теперь оправдывала средства: впервые отпала необходимость платить за удобство истиной. Теперь не соображения удобства, а необходимость заставила пользоваться неев­клидовыми (и даже не трехмерными) пространствами, а также произвольными (неинерциальными) системами отсчета. Метафизический элемент не только не изгоняется из теории, но становится превалирующим. Физика, полностью преодолев боязнь, протянула руку метафизике. Общая теория относительности – в равной мере и физическая теория, и метафизическая концепция. Объектом физической теории стала совсем иная реальность – не «природная», но метафизическая.  

 

Метафизическую реальность, описываемую физикой XX в., В.Н.Тростников назвал «невидимой онтологией» – термином, образно отражающим онтологическую суть современного физического знания. В области микромира к невидимой онтологии относится квантово-механическая волновая функция: определяя наблюдаемый спектр излучения атомов, она сама не может быть однозначно определена ни по каким наблюдаемым величинам. Как и в общей теории относительности (ОТО), идеальное (ненаблюдаемое) оказалось реальнее материального: именно оно описывает все наблюдаемое в материальном мире. И описывает, как выяснилось, не естественной причинностью, или, по крайней мере, не одной ею.  

 

Квантовая теория уничтожила представление о глобальной применимости классической (детерминистской) причинности, на основе которой возможно делать предсказания будущего. Оказалось, что принципиально невозможно сколь угодно точно измерить положение частицы с заданной скоростью – тем более невозможно определить причину именно этого положения или причинно предсказать это положение в будущем. Не случайно Поль Дирак заговорил о невероятной вещи – свободе воли электрона. Возможность спонтанных (самопроизвольных) атомных переходов показывает, что электрон «слушается» лишь ненаблюдаемую волновую функцию. Для наблюдателя же его поведение произвольно, т.е. не подчиняется естественной причинности. Не лучше ли сказать, что такая «свобода воли» порождается свободной причинностью?  

 

Наука впервые столкнулась с фактом, отрицающим не просто принцип причинности, но и привычное понятие тождественности. В квантовой физике два одинаковых объекта, находящиеся в одинаковых начальных состояниях и подвергающиеся в одинаковых условиях одинаковым воздействиям, переходят в неодинаковые конечные состояния – ведут себя неодинаково. Такое явное вторжение свободной причинности в микромир вызвало отрицательную реакцию у Эйнштейна, который увидел в этом недостаточность квантовой теории – ее неспособность описывать реальность вне непосредственного наблюдения. Он считал возможным восстановить естественную причинность гипотезой о существовании скрытой (не находящей отражения в кванто-во-механическом описании) реальности. Это была известная гипотеза о «скрытых параметрах», выявление которых могло хотя бы восстановить в своих правах классическое понимание тождества, а с нею – соответствующую ему концепцию причинности. Но дискуссия о скрытых параметрах до сих пор не закончена, и экспе­рименты по их обнаружению не привели к положительному результату.  

 

Как видим, Эйнштейн стремился удержать естественную причинность и создавал релятивистскую физику скорее для того, чтобы освободить физическое познание от концепции ньютоновского дальнодействия, приводившей к причинным парадоксам. Но дело его рук оказалось упрямее его самого. Уже специальная теория относительности, восстановившая естественную причинность и давшая ей первое строгое матема­тическое обоснование, утверждает существование событий, причинно не связанных друг с другом. Еще более нетривиальные причинные структуры пространства времени вскрыла ОТО.  

 

Необычная причинность проявляется прежде всего в сингулярностях гравитационного поля – особых мировых точках, в которых характеристики полей и материи (плотность, кривизна) обращаются, вследствие положительности всех гравитационных «зарядов», в бесконечность. В этих точках рушатся законы физики, формулирующиеся на основе классического пространства – времени, подобно тому как в неинерциальных системах отсчета рушится ньютоново абсолютное пространство. Это делает сингулярности принципиально непознаваемыми. Существование сингулярностей, неустранимых никаким преобразованием системы отсчета, – один из существенных метафизических элементов ОТО. Факт их существования означает невозможность предсказания будущего: неизвестно, какая информация будет выходить из образовавшейся сингулярности.  

 

Сингулярности в ОТО возникают при изучении двух астрофизических объектов: 1) черных дыр, возникающих в результате коллапса изолированных областей с высокой концентрацией массы; 2) Вселенной в целом («Большой Взрыв», считающийся началом Вселенной). Многие космологи пытались спасти физику от сингулярностей с помощью так называемой гипотезы космической цензуры: природа не терпит голой сингулярности. Другими словами, сингулярность, возникшая когда-либо в результате гравитационного коллапса, в дальнейшем будет скрыта от находящегося на бесконечности наблюдателя за горизонтом событий. Пусть даже физические принципы рушатся в сингулярности – это никогда не может вызвать никакого регистрируемого эффекта для наблюдателя, достаточно удаленного (или достаточно осторожного), чтобы не упасть в черную дыру.  

 

Однако космическая цензура, предъявленная разумом Природе, не разрешает трудностей с сингулярностями, так как, во-первых, сингулярность Большого Взрыва определенно голая, т.е. не может быть скрыта за горизонтом (и свидетельствует о себе через фоновое тепловое космическое излучение); во-вторых, игнорируется вопрос о том, что будет с наблюдателем, который падает через горизонт событий. Но главным ударом по идее цензуры было открытие Хоукинга, обнаружившего квантово-механическое испарение черных дыр: черные дыры парами рождают частицы, причем всегда одна частица пары падает в дыру, а, другая, улетая на бесконечность, уносит с собой энергию излучения (в тепловом спектре), которая делает их доступными наблюдателю. Таким образом, из скрытой сингулярность обращается в голую. Вместе с тем часть информации относительно состояния системы пропадает в дыре, не позволяя достоверно описывать ее состояние в будущем.  

 

Этот эффект открыт Хоукингом в рамках квантовой-гравитации, в достаточной мере не завершенной как теория. Однако сам факт существования сингулярностей обоих типов вытекает уже из классической ОТО (теорема Пенроуза) и создает фундаментальное ограничение причинной предсказуемости явлений: классическая теорема об «отсутствии волос» у черной дыры утверждает, что наблюдатель, находящийся на бесконечности, не может предсказывать внутреннее состояние черной дыры – не может даже знать о ней ничего, за исключением трех характеризующих ее параметров: массы, момента импульса и заряда. Квантовая версия этой теоремы делает эффект непредсказуемости дополнительным к обычному квантово-меха-ническому принципу неопределенности, который также ограничивает возможности предсказаний будущего.  

 

Что касается голой сингулярности в начале мира, то по ее поводу Природа вряд ли будет морщиться, как бы ни хотелось нам вызвать у нее к ней отвращение. Спастись от этой «обнаженной натуры» все равно невозможно, к тому же она возникает уже в классической ОТО. Большой Взрыв – это событие, для которого классическая, основанная на ОТО космология в принципе не может отыскать иной причины, кроме свободной – типа Перводвигателя Аристотеля. Возникновение Вселенной происходит без предшествовавших ему во времени причин – следовательно, из ничего.  

 

Скажут: а как же с классическим законом сохранения энергии? Но метафизика Большого Взрыва совместима с нарушением физического закона сохранения, так же как с нарушением физической причинности. В начале мира просто нет физической величины, которая могла бы сохраняться, так что рождение Вселенной из ничего возможно уже в классической гравитации.  

 

Квантовая космология нашла механизм этого рождения: это – спонтанная флуктуация эйнштейнова 4-мерного мира. Возникновение Вселенной происходит как самопроизвольное рождение из вакуума, когда не было ни реальных частиц, ни реальных пространства и времени. Физический вакуум – основной метафизический элемент квантовой космологии. Он вполне соответствует библейской метафизике творения, хотя и без употребления слова «Бог». Можно быть атеистом, считая, тем не менее, что Вселенная возникла из ничего. Для этого не требуется Божьей воли, хотя такое рождение ей ничуть не противоречит.  

 

Такова метафизика в физике сегодняшнего дня. Она как нельзя лучше при­способлена для физической апологетики. Впервые стало возможно определить физику так же, как в Библии определена религия, – а именно как обличение вещей невидимых. Впервые стало возможно разрушить роковую перегородку между естественной и свободной причинами, а тем самым уничтожить почву для противопоставления научного и религиозного типов понимания. Современная физика в состоянии убедить атеиста, что его причинное объяснение не находится в противоречии с волей Божьей. Так что, видимо, сама наука способна сейчас обратить в веру больше прозелитов, чем это способна сделать Церковь.  

 

(ЗахаровВ.Д.  Метафизика в науках о природе //Вопросы философии. – 1999. – № 3)