Неисчерпаемость материи

Положение о неисчерпаемости природы и ее конечных частей впервые в современном виде сформулировано В. И. Лениным, подчеркнувшим, что «электрон так же неисчерпаем, как и атом, природа бесконечна…»^[1]. Методологическое значение неисчерпаемости для современной науки признают не только советские^[2], но и многие зарубежные^[3] ученые. Идея неисчерпаемости разрабатывается ими на новом конкретном естественнонаучном материале.

В данной главе делается попытка систематически изложить в философском плане положение о неисчерпаемости материи и обсудить возможные логические следствия из него.

1. Понятие неисчерпаемости материи

Хотя понятие о неисчерпаемости материи является общепринятым в нашей литературе, однако по вопросу его истолкования существуют разные точки зрения. Одни авторы сводят это понятие исключительно к его онтологическому аспекту, другие видят только его гносеологическую сторону^[4].

Под онтологическим аспектом обычно понимают неисчерпаемость материи самой по себе, т. е. безграничность ее структуры, бесконечность ее свойств, связей, взаимодействий, существующих независимо от познающего субъекта. Гносеологический аспект включает в себя признание принципиальной познаваемости внешнего мира, вместе с тем содержит утверждение о невозможности полного, абсолютного знания структуры и свойств на каждом данном этапе развития науки и практики.

Нам кажется, что истинное понимание неисчерпаемости материи представляет собой единство онтологического и гносеологического аспектов, причем второй является прямым следствием первого. В самом деле, особенности человеческого познания определяются не только свойствами познающего субъекта, но и природой познаваемого объекта. Если объект обладает бесконечным числом свойств, то он неисчерпаем и в теоретико-познавательном плане. С другой стороны, если информация о свойствах какого-либо объекта неограниченно растет, но в каждый данный момент не является полной, то это свидетельствует о бесконечном многообразии его свойств.

Сторонники исключительно онтологического аспекта неисчерпаемости ищут доказательство своей правоты на пути признания неограниченности процесса познания объективного мира, а те, кто сводят неисчерпаемость материи к гносеологической стороне, явно или неявно исходят из представления о мире, как бесконечном многообразии явлений. Все это свидетельствует о том, что онтологический аспект неисчерпаемости необходимо ведет к признанию гносеологической неисчерпаемости и, наоборот, признание гносеологической неисчерпаемости мира необходимо предполагает неисчерпаемость материи самой по себе.

Понятие неисчерпаемости материи может выражать, во-первых, бесконечность свойств, связей, взаимодействий всей природы; во-вторых, бесконечность свойств, бесконечность структуры в глубь любого конечного материального объекта.

Если имеет место неисчерпаемость материи во втором смысле, то необходимо наличествует неисчерпаемость и в первом смысле, но обратное заключение, вообще говоря, не справедливо. Логически мыслима такая модель мира, когда любой ее элементарный объект обладает конечным числом свойств, однако мир в целом обладает бесконечной совокупностью качеств.

По Демокриту, например, каждый атом абсолютно прост и легко исчерпаем. Однако во Вселенной существует бесконечное число форм атомов, и каждая из этих форм повторяется бесконечное число раз.

2. Свойства, структура и внешний фон вещи

Свойство — присущий вещи признак, делающий ее сходной или различной с другими вещами и проявляющийся во взаимодействии с ними. Любые две вещи обязательно имеют нечто общее, хотя бы свойство материальности, и могут отличаться друг от друга тем, что одна вещь обладает одним признаком, другая — этим признаком не обладает, одна вещь обладает признаком одной интенсивности, другая — этим же признаком, но другой интенсивности.

Свойства вещи зависят от ее внутреннего состава, т. е. от элементов, ее образующих, и от их организации, структуры. Две вещи, находящиеся в одинаковых условиях, но имеющие различные внутренние элементы и их организацию, структуру, будут, вообще говоря, обладать различными свойствами. Кусочки меди и алюминия при одинаковых условиях обладают рядом существенно различных физических и химических свойств. Это различие обусловлено различием атомных ядер и электронных оболочек меди и алюминия. Связь же и взаимодействие элементов в том и другом случае однотипны и осуществляются при помощи электронов.

Далее. Вещи, состоящие из одних и тех же элементов (частей), но по-различному структурно организованных, обладают различными свойствами. Хорошо известно, что алмаз и графит состоят из одних и тех же атомов углерода. Однако вследствие различия в структуре кристаллы алмаза и графита обладают различными свойствами. Если две вещи, находящиеся в одинаковых условиях, отличаются хотя бы одним свойством, то основанием этого является или различие в составляющих элементах, или в их структурной организации, или различие в том и другом одновременно. И, наоборот, если две вещи, испытывающие одинаковые внешние воздействия, имеют различные составляющие элементы, или структуры, или то и другое вместе, то они отличаются друг от друга хотя бы одним свойством. Известно также, что структура, а следовательно, и свойства вещи зависят от внешних воздействий, от внешнего фона. Одна и та же вещь в разных условиях ведет себя по-различному и, следовательно, обладает различными свойствами.

Если свойства вещи определяются ее внутренней структурой и внешними условиями, то ключ к решению вопроса о неисчерпаемости свойств вещей следует искать во взаимодействии внутренней анатомии вещи с ее внешним фоном.

По-видимому, является истинным утверждение, что в природе не существует абсолютно изолированных, не взаимодействующих с внешним окружением вещей. Любая вещь так или иначе, прямо или опосредованно воздействует на другие и в свою очередь испытывает воздействие этих других вещей. Это необходимо следует из признания самодвижения материи. Самодвижение материи, как об этом свидетельствует история философии и естествознания, мыслило как имманентное взаимодействие природных вещей. Спинозовское «субстанция есть causa sui — прекрасно выражает взаимодействие»^[5], — подчеркивал Энгельс.

Здесь возможно возражение, что представление о всеобщем взаимодействии противоречит современным естественнонаучным данным о конечной скорости распространения воздействия в природе^[6]. Раз скорость распространения воздействия конечна и каждая вещь существует лишь конечное время, то любая вещь может взаимодействовать лишь с объектами, удаленными на определенное конечное расстояние, и не взаимодействует с другими, удаленными на большее расстояние. Однако это возражение не учитывает того, что непосредственное воздействие на данное тело какого-либо тела зависит от воздействия на это последнее других тел, а эти другие тела испытывают воздействие третьих тел и т. д. Так, переходя от одних тел к другим, мы непрерывно будем увеличивать пространственные размеры области, внутри которой вещи непосредственно или опосредованно воздействуют на данное тело. В конце концов мы придем к тому, что все материальные объекты так или иначе взаимосвязаны друг с другом.

Наконец, следует учесть и то, что в каждый определенный момент данная вещь испытывает множество самых различных воздействий, приходящих от сколь угодно удаленных областей Вселенной. Таким образом, изучая свойства того или иного тела, мы не можем не учитывать того, что оно непосредственно или опосредованно взаимодействует со всеми материальными телами мира.

Идея всеобщей связи и взаимодействия явлений природы пронизывает всю ткань современного естествознания. В физике эта идея выражается во введении различных полей (электромагнитного, мезонного, нуклонного, электронного, гравитационного, нейтронного и т. д.), взаимодействие которых лежит в основе всех процессов реального мира. В физике элементарных частиц существенно опираются на представление о том, что не существует изолированных, не взаимодействующих друг с другом, непосредственно или опосредованно, микрочастиц.

В космологии существенную роль играет представление, что «Вселенная везде заполнена материей, так что достаточно изолированных областей вообще нигде не существует»^[7].

Из биологии известно, что каждый живой организм находится в сложном отношении с окружающей средой, вне которой он не может ни существовать, ни развиваться. Живое испытывает прямое и косвенное воздействие всевозможных излучений, в частности, солнечного, испытывает разного рода механические, физические, химические и биологические воздействия и т. д. Идея о всеобщей связи является одной из руководящих методологических идей современного естествознания.

3. Бесконечность числа свойств вещи

Но если истинно то, что структура, свойства, поведение данной вещи зависят от ее связи и взаимодействия со всеми другими вещами реального мира, то тогда вопрос о неисчерпаемости конечной вещи оказывается тесно связанным с вопросом о неисчерпаемости всего материального мира.

В природе, во всяком случае в макроскопической области, не может быть даже двух абсолютно одинаковых вещей, а если бы и были, то они представляли бы, как это заметил еще Лейбниц, одну вещь. В самом деле, положим, что мы имеем две вещи, которые имеют абсолютно одинаковые связи и абсолютно одинаковые внутренние структуры и отличаются друг от друга лишь положением в пространстве и времени. Если бы эти вещи не отличались и положением в пространстве—времени, то они представляли бы одну вещь. Но если вещи занимают различное положение в пространстве или существуют в разные промежутки времени, то они необходимо испытывают различные воздействия, вследствие различия внешнего окружения, а следовательно, должны в принципе отличаться друг от друга.

В бесконечной Вселенной существует бесконечное число конечных вещей, отличающихся друг от друга своими свойствами. Но для того, чтобы во Вселенной существовало бесконечное число вещей, каждая из которых отличалась бы от любой другой вещи хотя бы одним признаком, необходимо, чтобы всякая вещь обладала бесконечным числом признаков.

В пользу утверждения о бесконечном многообразии свойств вещи можно привести и другое соображение. Любая вещь испытывает разнообразные воздействия, в принципе, сколь угодно большого числа тел, каждое из которых вносит свой специфический вклад в определение структуры, свойств данной вещи. Бесконечной совокупности разнообразных воздействий, испытываемых данной вещью, соответствует бесконечная совокупность ее актуальных свойств.

К подобному выводу пришел еще в свое время Энгельс, утверждавший, что вещи обладают «бесконечно многими качествами»^[8].

Если вещь обладает бесконечным числом качеств, то она имеет и бесконечное число свойств, хотя обратное заключение, возможно, и не справедливо^[9].

Словно в подтверждение приведенных слов Энгельса современная кибернетика признает, что «каждый материальный объект содержит не менее чем бесконечное число переменных… Например, реальный шар характеризуется не только скоростью и положением — он имеет также массу, температуру, электропроводность, кристаллическую структуру, химические примеси, некоторую радиоактивность, скорость, отражательную способность, прочность на разрыв, пленку влаги на поверхности, зараженность бактериями, оптическое поглощение, упругость, удельный вес и т. д.»^[10].

В бесконечной Вселенной любой макроскопический объект обладает бесконечным числом свойств. Можно было бы сказать, что в природе действует нечто вроде экстремального принципа, согласно которому из всех возможных состояний макроскопических вещей при данных пространственно-временных и других условиях реализуются состояния, обладающие наибольшим (бесконечным) числом свойств.

В модели конечной Вселенной, состоящей из конечного числа макроскопических тел, каждое тело находилось бы в отношениях с конечным числом вещей и поэтому могло бы иметь конечное число свойств. Но с течением времени вследствие движения отношения вещи ко всем остальным долям будут изменяться и, следовательно, будут изменяться ее свойства. Вещь обладала бы в таком случае бесконечной совокупностью потенциальных свойств.

Наши рассуждения о неисчерпаемости свойств макроскопических тел существенно опираются на предположение, что любые две вещи отличаются друг от друга хотя бы одним свойством. Это предположение, несомненно справедливое в макроскопической области, как будто противоречит известному из квантовой механики принципу тождественности микрочастиц одного и того же вида. Не будем здесь обсуждать это противоречие, тем более что современная физика не дает объяснения этому принципу, а принимает его как факт, необходимый для того, чтобы выводы из квантовой механики не противоречили опыту. Однако мы не можем не считаться с этим принципом и поэтому должны искать другие пути для обсуждения вопроса неисчерпаемости элементарных частиц.

Кажется, что уже из признания неисчерпаемости макроскопических тел, состоящих из конечного числа частей, необходимо следует вывод о неисчерпаемости самих частей. Важное значение для обоснования неисчерпаемости микрочастиц имеет вопрос о бесконечности материи вглубь.

4. Бесконечность материи вглубь

Возможно ли в принципе существование неделимых элементарных частиц материи? Где истина в исторической борьбе идей Демокрита, допускавшего существование неделимых неизменных конечных атомов, с идеями Эмпедокла, допускавшего бесконечную делимость материального мира?

Уроки истории свидетельствуют, как это подчеркивает М. А. Марков, что «идея «что-то» состоит из «чего-то» всегда оказывалась правильной. Идея же атома в смысле абсолютной элементарности вообще всегда оказывалась в конце концов ложной»^[11]. Повторится ли этот исторический урок и в отношении элементарных частиц или здесь возникнет новая ситуация — покажет будущее развитие науки. Однако некоторые предварительные философские соображения можно и нужно высказать сейчас.

Признание существования абсолютно элементарных материальных частиц означало бы признание реальности объектов без внутренней структуры и, следовательно, внутренних свойств и внутреннего движения. Какого бы рода внешние воздействия частица ни испытывала, какой бы величины они ни были, она (абсолютно элементарная частица) не изменяла бы своего внутреннего, бескачественного состояния, а лишь меняла бы свое механическое движение.

Это противоречило бы прежде всего принципу причинности. В самом деле, какое бы большое сдавливающее усилие ни испытывала такая частица, она не изменяла бы своего внутреннего состояния, она даже не деформировалась бы. В природе осуществлялась бы ситуация, когда причина при всех условиях не имела бы своего следствия. Признание существования абсолютно элементарных, неизменных частиц означало бы также отрицание объективности качеств природных тел, сведение всего качественного многообразия материальных процессов к механическому движению всегда себе тождественных абсолютно простых частей. Это выражало бы возможность сведения всех причинных, закономерных связей к механическим причинным связям и отношениям.

Признание существования абсолютно недеформирующейся частицы означало бы принятие возможности распространения воздействий внутри этих частиц с бесконечно большой скоростью, т. е. эти физические процессы существовали бы вне времени. В самом деле, если мы в определенный момент сообщим такой частице в некоторой точке некоторый импульс, то диаметрально противоположная точка должна сдвинуться в тот же самый момент времени, ибо в противном случае частица, хотя бы на какой-то момент, должна сплющиться в направлении внешнего воздействия.

Вообще, абсолютно элементарная частица материи была бы бесструктурной, лишенной всяких качеств и внутренних движений, неизменной, неразрушимой, недеформируемой, не поддающейся никаким внешним воздействиям и т. д., т. е. обладала бы чертами не реального, а сверхъестественного существа. Это была бы абстракция без реальности. Правда, можно предположить, что структура пространства — времени на очень малых расстояниях такова, что она допускает внутренние движения частиц, абсолютно элементарных с точки зрения макроскопических пространственно-временных представлений. Но и это пока еще гипотетическое представление выражает идею структурности элементарных частиц. Бесструктурных, лишенных качеств вещей вообще в природе не существует. Каждая вещь представляет собой материальную систему, элементы которой имеют свою структуру. «…Природа бесконечна, как бесконечна и мельчайшая частица ее (и электрон в том числе)…»^[12]. Эту же мысль В. И. Ленин подчеркивает в конспекте гегелевской «Науки логики». Выписав положение Гегеля о единстве конечного и бесконечного, он замечает: «Применить к атомам versus электроны. Вообще бесконечность материи вглубь…»^[13].

Одним из возможных вариантов реализации идеи бесконечности материи вглубь является гипотеза структурных уровней^[14]. Согласно этой гипотезе природа представляет собой бесконечную совокупность взаимно связанных друг с другом качественно различных структурных уровней (…макроскопический, молекулярный, атомный, элементарный, субэлементарный и т. д. и т. п.).

Признание существования бесконечного ряда структурных уровней материи не означает допущения дурной бесконечности, при которой элементы одного уровня обладают теми же свойствами, какими обладают элементы другого уровня, и подчиняются тем же физическим законам движения, что и макроскопические тела. Соотношение элементов структурных уровней не уподобляется отношению частей известной игрушки — матрешек, когда одна матрешка похожа по форме на другую и вставляется в нее. В соответствии с законом перехода количественных изменений в качественные следует ожидать, что переход от одного структурного уровня материи к другому сопровождается не только изменением масштаба соответствующих элементов, но изменением их свойств, структуры. Современное естествознание блестяще демонстрирует это положение, вскрывая специфические особенности структуры, свойств Метагалактики, галактик, макроскопических тел, молекул, атомов, элементарных частиц, не сводимых друг к другу. Материальные элементы различных уровней «являются различными узловыми точками, которые обусловливают различные качественные формы существования всеобщей материи…»^[15].

Свойства объектов данного структурного уровня, например макротел, зависят от элементов нижележащего уровня (молекул), свойства этих последних определяются элементами еще более нижележащего уровня (атомами) и т. д. Отсюда следует, что для того, чтобы объяснить механические, физические и химические свойства какого-нибудь макроскопического тела, мы должны понять свойства составляющих его молекул, а для того, чтобы понять свойства молекул, надо познать свойства атомов, и т. д. до бесконечности.

Бесконечный структурный ряд материи может быть или замкнутым или незамкнутым. Если этот ряд незамкнут, т. е. концы этого ряда нигде не сходятся, то возникает определенная трудность в обосновании свойств реального мира. В самом деле, если основание свойств данного тела надо искать в свойствах объектов нижележащего уровня, а основание свойств этих объектов — в свойствах элементов еще более глубокого уровня, свойства этих последних объяснять через свойства элементов последующего уровня и т. д., то из этого необходимо следует, что ни в одном из этих уровней не заключено достаточное основание для свойств данного тела. Очевидно, что и признание бесконечности незамкнутого ряда материальных уровней не окажется достаточным для объяснения свойств природных явлений. Ведь свойства предмета до тех пор останутся необоснованными, пока не указано основание всех оснований.

Философы, признающие незамкнутость бесконечного ряда структурных уровней материи, неизбежно приходят к признанию, что основание всех оснований, «последняя причина вещей находится в необходимой субстанции», называемой «богом»^[16].

Но в соответствии с духом материалистической диалектики свойства любого материального объекта должны быть объяснены на основе самой природы, а не извне, не из духа, не из бога. Это заставляет предполагать, что концы бесконечного ряда структурных уровней, простирающиеся вверх и вниз, должны где-то в бесконечности сходиться, подобно тому как сходятся в бесконечности концы прямой, простирающейся в обе стороны безгранично. Это означало бы, что бесконечно малый структурный элемент переходит в свою противоположность — бесконечную Вселенную. Эту модель мира можно представить в виде бесконечной материальной субстанции, нечто вроде мирового спинорного поля Гейзенберга, состоящего из бесконечно малых элементов, структура которых определяется их всеобщим универсальным воздействием. Каждый из бесконечно малых элементов вносит вклад в структуру всех остальных и все остальные определяют структуру данного элемента. Бесконечно малый элемент выражает всю бесконечно большую Вселенную, вся бесконечная Вселенная определяет структуру ее бесконечно малого элемента.

5. Структурность элементарных частиц

Признание структурности элементарных частиц является сейчас, по-видимому, общепринятым среди физиков. Однако в понимании сущности этих структур у ученых нет единой точки зрения, и поэтому вопрос требует дальнейшего обсуждения. Согласно современным представлениям, нуклон, например, «состоит» из пар нуклонов и антинуклонов, мезонов и других частиц, электрон «содержит» в себе пары электрон — позитрон, нуклоны — антинуклоны и т. п.

Обычно физики считают, что частицы, которые структурно входят в «состав» элементарных частиц, находятся не в реальном, а в виртуальном состоянии. Этим самым выражают то, что понятие «состоят» в теории элементарных частиц употребляется не в обычном макроскопическом смысле этого слова. Говоря, например, что нуклон состоит из пар нуклон — антинуклон и пи-мезон, мы лишь подчеркиваем, что при взаимодействии нуклона с другой частицей, скажем с фотоном, в качестве промежуточных агентов будут участвовать и другие частицы: мезоны, нуклоны, антинуклоны и т. д., временно возникающие в процессе этого взаимодействия. Таким образом, современное представление о структуре элементарных частиц связано со структурой возможных процессов и является динамическим^[17].

Эти представления о структуре элементарных частиц прекрасно выражают идею всеобщей мировой связи и неисчерпаемости свойств частиц. В конкретный образ одной данной элементарной частицы вносят в той или иной мере свой вклад другие элементарные частицы. Каждая частица носит на себе «отпечатки» других видов частиц, и другие частицы делают свои «отпечатки» на данной.

Однако эти представления о структуре элементарных частиц не выражают явно их неисчерпаемости вглубь. Трудности в объяснении внутренней структуры элементарных частиц возникают, по-видимому, потому, что их по существу рассматривают как некоторые математические точки, окруженные «облаком» из виртуальных электронов, мезонов, нуклонов и т. д., не тождественным реальным объектам. Однако опыты Хофштадтера по рассеянию быстрых электронов на атомных ядрах убедительно показали, что нуклоны имеют конечные пространственные размеры. Поэтому представляется правильным, что в последовательной теории элементарных частиц с самого начала должно вводиться представление о протяженных частицах. Но если принять, что протон является протяженной, но недеформируемой частицей, то неизбежно признать возможность распространения всевозможных физических воздействий внутри частицы с бесконечно большой скоростью, что противоречит современным естественнонаучным и философским представлениям. Следовательно, мы должны признать, что протон является деформируемой частицей. Но признание динамически деформируемой частицы «означает, в сущности, феноменологическое рассмотрение «структуры» частиц, возможность в каком-то смысле «внутренних движений» частиц, переход к рассмотрению «внутренней физики» частиц, в частности, возможности их возбужденных состояний и т. д.»^[18].

Деформируемая частица вела бы себя как объект, обладающий бесконечно большим числом внутренних степеней свободы, что означало бы неисчерпаемость частицы вглубь. В современной науке, по-видимому, установлено, что структура элементарных частиц деформируется под действием внешних полей^[19].

Если элементарные частицы имеют внутреннюю структуру, внутреннее движение, а следовательно, элементы, части, то они должны быть делимы, «было бы ошибочным утверждать… — подчеркивает Саката, — что элементарные частицы — это вообще неделимые элементы материи. Игнорирование предположения о том, что на определенной ступени развития экспериментальной техники такое деление окажется возможным, является метафизическим и догматическим, не имеет ничего общего с наукой»^[20].

На первый взгляд кажется, что это утверждение противоречит данным современной науки, согласно которым еще никто не наблюдал частей электронов, протонов, нейтронов и других частиц, и столкновение частиц порождает не дробление их, а их взаимопревращение. Обычно говорят, что факт превращения частиц одного рода в частицы другого рода исключает принципиальную возможность деления этих частиц. Этот довод не представляется убедительным.

Известно, что молекулы превращаются друг в друга, однако это не мешает им состоять из атомов; атомы также превращаются друг в друга, но имеют ядра и электроны. Возможно, что и взаимопревращаемость элементарных частиц также совместима с признанием наличия у них составных частей.

Для окончательного решения этого вопроса было бы важно изучить внутренний механизм взаимопревращения элементарных частиц.

Если элементарная частица действительно имеет части, то они так крепко «сцементированы», что нужно очень большое усилие, чтобы разделить их друг от друга.

Возможно, что мы не наблюдаем частей элементарных микрообъектов потому, что не сумели достигнуть необходимой величины и качества энергетических воздействий.

В литературе вместе с тем обсуждается вопрос о принципиально новом соотношении сложного и простого, целого и части в области физики мельчайших материальных объектов.

В частности, речь идет об ограниченности применения понятий «часть» и «целое», возможности изменения соотношения между ними так, что часть может быть больше целого и т. д. Требует дальнейшего обсуждения вопрос об «элементарности». Почему, например, атом водорода, распадающийся под действием света на электрон и протон, мы считаем сложной частицей, в то время как лямбда-гиперон, распадающийся на протон и пи-мезон, принимаем за элементарную частицу? Современная физика не дает достаточно убедительного ответа.

В последние годы сделан ряд попыток представить одни элементарные частицы как сложные, состоящие из других, относительно простых частиц.

С. Саката полагает, что существует несколько основных, относительно неделимых элементарных частиц, которые образуют остальные частицы.

Основные частицы и сложные частицы относятся, по Саката, к двум разным уровням материи. Он полагает, эти основные, относительно простые частицы в действительности являются также сложными, состоящими из субэлементарных объектов. «Нужно помнить, что, по-видимому, нейтрино так же неисчерпаемо, как и атом»^[21].

Эксперименты показывают, что модель Саката ограниченно применима лишь в области слабых взаимодействий микрочастиц. Однако это вовсе не означает, что сама попытка представить элементарные частицы как составные не является плодотворной.

В современной физике существует явно выраженная тенденция объяснять свойства частиц на основе представления об их сложной структуре. Американские физики Дж. Чу, М. Гелл-Манн, А. Розенфельд пишут, что «теперь среди физиков широко распространилось убеждение в том, что ни одна из тех частиц (сильно взаимодействующих. — Г. С.)… не может считаться элементарной…» И далее: «Они могут быть составлены одна из другой»^[22].

Под составной, сложной частицей авторы понимают такую частицу, свойства которой могут быть в принципе рассчитаны на основе предположения, что она имеет части. Хотя это определение и не претендует на онтологический смысл, однако сама тенденция объяснять свойства элементарных частиц на основе представления об их структурности, сложности весьма знаменательна. Конечно, из того, что свойства частиц могут быть выведены на основе определенного предположения об их составе, не следует, что в природе реализуется данная структура, подобно тому как из того, что движение планет вокруг Солнца может быть рассчитано на основе представлений об эпициклах Птолемея, не следует, что эти эпициклы существуют.

Конкретной попыткой объяснения свойств элементарных частиц на основе представления об их составе является гипотеза «кварков», недавно выдвинутая М. Гелл-Манном, Цвейгом и представляющая собой уточнение и развитие модели Саката. Согласно этой гипотезе все сильно взаимодействующие элементарные частицы состоят из различных комбинаций трех фундаментальных частиц, «кварков», пока еще не открытых.

Для того чтобы проверить эту гипотезу, следовало бы попытаться разбить элементарные частицы на составляющие их кварки. Но энергия связи кварков, образующих элементарные частицы, должна быть настолько большой, что на современном уровне техники физического эксперимента мы можем отыскать «снаряды», могущие разбить элементарные частицы, лишь в космических лучах сверхвысоких энергий.

В несколько ином плане выражает структуру сильно взаимодействующих элементарных частиц гипотеза «за- шнуровки», высказанная Дж. Чу и Ф. Фраучи. Согласно этой гипотезе, каждая частица является динамической структурой, которая обязана своим существованием тем же самым силам, при помощи которых осуществляется взаимодействие этих частиц. Каждая частица вносит свой вклад в структуру других частиц, которые в свою очередь определяют структуру данной частицы.

С точки зрения этой концепции все сильно взаимодействующие частицы элементарны и неэлементарны. Каждая из них сложна, поскольку является связанным состоянием всех других частиц, и вместе с тем проста, поскольку определяет структуру всех остальных частиц.

Конечно, с дальнейшим развитием теории и эксперимента будут уточняться наши представления о структуре элементарных частиц, но, как бы они ни изменялись, одно сейчас несомненно: современная физика отказалась от господствовавших в недавнем прошлом представлений об абсолютно простых, бесструктурных элементарных частицах. Физика углубляется внутрь элементарных частиц, демонстрируя истинность принципа неисчерпаемости материи. «В области экспериментальной физики, как кажется, — пишет известный физик Р. Хофштадтер, — наиболее многообещающим полем деятельности будет исследование структур частиц и их взаимодействий»^[23].

6. Познание неисчерпаемого

Прогресс научного знания представляет собой процесс разрешения противоречия между принципиальной возможностью исчерпывающего знания всех свойств и связей явлений реального мира и невозможностью этого абсолютного знания на каждом данном уровне развития науки.

Но как разрешается это противоречие? Как познается бесконечная совокупность свойств и связей вещей материального мира?

Оказывается, при исследовании той или иной вещи нет нужды учитывать все ее свойства и связи. Одни свойства имеют существенное значение для данного поведения вещи, а другие такого значения не имеют. На основе этого мы можем абстрагироваться от бесконечного числа несущественных свойств и считать, что вещь обладает лишь конечным числом существенных в данном отношении факторов. Несущественным свойствам мы можем придавать любое значение, в частности считать, что они отсутствуют, так как они не сказываются или почти не сказываются на остальных свойствах вещей. Так мы приходим к представлению об идеализированном образе вещи, обладающем конечным числом свойств и конечной структурой, т. е. онтологически и гносеологически исчерпаемом.

В классической механике вводится представление о материальной точке, абсолютно упругом, абсолютно твердом теле. В квантовой механике оперируют понятием элементарной частицы, обладающей массой, зарядом, спином и т. д., но не имеющей пространственных размеров. Хотя в природе не существует ни точки, ни абсолютно упругого тела, ни точечного электрона и других идеализированных объектов, однако эти представления отражают реальные вещи и их отношения.

При воспроизведении в мысли реальной вещи в виде идеализированного объекта большое методологическое значение имеет принцип взаимодействия противоположностей. Для того чтобы выразить в понятиях подвижную суть всякого конкретного бытия, необходимо введение представлений о противоположных свойствах, структурах, связях, взаимодействиях и т. д.

В современной физике существует явно выраженная тенденция введения противоположных понятий и представлений для объяснения сложных физических явлений. В термодинамике оказалось необходимым введение представления об отрицательных абсолютных температурах (наряду с положительными абсолютными температурами) для объяснения свойств систем ядерных спинов у некоторых кристаллов^[24]. В релятивистской квантовой механике оказались неизбежными отрицательные вероятности для описания состояния с отрицательной энергией^[25]. В попытке В. Гейзенберга и его сотрудников построить единую теорию элементарных частиц также вводится представление об отрицательных вероятностях^[26]. Имеются попытки преодоления трудностей современной квантовой физики на пути введения частиц отрицательной массы наряду с частицами положительной массы^[27] и т. д. С точки зрения диалектического материализма кажется вполне логичным, что дальнейшее развитие физической теории, создание новых концепций связано с введением в науку еще более «диких» и «странных» с точки зрения обычного здравого смысла противоречивых понятий, например таких, как конечная и бесконечная скорости, точечные и протяженные структуры, гравитация и антигравитация, действительные и мнимые заряды, спины и т. д. Конечно, в каждом случае введение таких понятий должно быть оформлено в виде естественнонаучной теории, следствия из которой должны быть так или иначе проверены на опыте.

С развитием науки, углублением наших знаний свойств, структуры вещей происходит эволюция идеализированных объектов. Свойства, которые представлялись несущественными и от которых абстрагировались на каком-то этапе познания, оказываются на более глубоком уровне познания существенными и их уже нельзя не учитывать. Вводятся новые понятия, величины, параметры. Представление о вещах становится более полным, точным, конкретным. Так, шаг за шагом абстрактная схема вещи становится более конкретной, асимптотически приближаясь к реальному объекту. Электрон, например, вначале представляли в виде маленького шарика, заряженного отрицательным электрическим зарядом. Затем оказалось, что электрону, кроме заряда и массы, следует приписать собственный момент количества движения — спин. Со спином электрона связана своеобразная статистика, отражающая поведение совокупности электронов, в отличие от статистики, которой подчиняются совокупности частиц с целочисленным спином. Было обнаружено, что электрон наряду с корпускулярными обладает также волновыми свойствами. В дальнейшем было открыто, что электрон обладает свойством при взаимодействии с позитроном порождать пару фотонов и, наоборот, порождаться вместе с позитроном от фотона. Электрон способен участвовать в слабых взаимодействиях, в результате которых он может на короткое время самопроизвольно превращаться, например, в мю- мезон и пару нейтрино или находиться в состоянии системы, состоящей из антипротона, нейтрона и нейтрино.

В последующем оказалось необходимым электрону придать свойства, выражаемые лептонным зарядом, изотопическим спином, странностью и другими величинами^[28]. Наши познания свойств электрона все более и более уточняются и ускоренно приближаются к знанию, адекватному самой природе вещей. Но на каждом уровне развития науки электрон представляется в виде субстанции, обладающей конечным многообразием свойств. Подобная же картина наблюдается в общем и при исследовании других вещей реального мира.

При построении естественнонаучной теории тех или иных явлений, процессов бывает необходимо не только правильно найти их существенные свойства, но и разумно ограничить бесконечное многообразие внешних воздействий.

Но всегда ли возможно абстрагироваться от всеобщего взаимодействия и выделить конечную относительно изолированную систему, элементы которой существенно взаимодействуют друг с другом, но воздействием на которые окружающих тел можно пренебречь?

В классической физике (классической механике, электродинамике, термодинамике) принимается, что вследствие непрерывности физических воздействий в макроскопической области всегда можно с какой угодно точностью выделить относительно изолированную систему, свободную или почти свободную от внешних воздействий. Если классическая система испытывает какое-либо внешнее воздействие, то мы всегда можем включить его в систему так, чтобы оно стало внутренним по отношению к расширенной системе. Так, расширяя шаг за шагом нашу систему, мы получим ряд систем, для которых величина внешних действий будет неограниченно убывать и может быть сделана меньше любой наперед заданной величины.

На основе ограничения бесконечной совокупности внешних воздействий создается возможность построения теорий, выражающих зависимость поведения вещи от внешних условий и ее внутренней природы, а также выражающих связь состояний вещи при тех или иных условиях. Если параметры, характеризующие существенные в данном отношении свойства вещи, выбраны так, что они однозначно определяют реальное состояние вещи, и если внешние воздействия имеют строго определенные значения, то на основе такой теории мы можем судить о поведении вещи в будущем, если известно ее состояние в некоторый начальный момент времени. При этом предполагается, как само собой разумеющееся, что точность предсказания может быть сделана сколько угодно большой путем соответствующего уточнения величин, характеризующих начальное состояние вещи и внешние воздействия.

Таковы теория движения механических систем в классической механике, теория электромагнитного поля Максвелла, термодинамика.

В тех же случаях, когда нельзя абстрагироваться от неисчерпаемости свойств вещи и поэтому нельзя однозначно определить ее состояние при помощи конечного числа параметров, а также и тогда, когда нельзя абстрагироваться от всеобщего взаимодействия, — в этих случаях прибегают к статистическим методам отражения закономерностей изменения состояния вещи. В статистических теориях выражается степень возможности реализации того или иного состояния вещи. Примером статистической теории является квантовая механика, отражающая закономерности изменения реальных возможностей частиц атомного масштаба.

В квантовой механике состояние микрочастиц не может быть определено однозначно заданием координат и скорости, что непосредственно следует из соотношения неопределенностей. Далее, оказывается, что в области, изучаемой квантовой механикой, невозможно изолировать объект в такой же степени, в какой оказывается возможным в области классической физики. В самом деле, величина действия в квантовой области изменяется не непрерывно, а прерывно, причем наименьшая величина действия оказывается чувствительной для поведения частиц атомного масштаба и потому ее нельзя игнорировать. Вследствие этого поведение каждой частицы зависит от ее взаимодействия со всеми другими частицами мира.

Именно исходя из этих соображений, В. Гейзенберг и исключает возможность признать причинную обусловленность микропроцессов. «Если мы хотим знать причину, — пишет он, — почему α-частицы излучаются именно в этот момент, то, по-видимому, должны для этого знать микроскопическое состояние всего мира, к которому мы и сами принадлежим, а это, очевидно, невозможно»^[29].

Действительно, познать микроструктуру мира невозможно на каждой данной, конечной ступени развития науки, но познание это, как всякое познание, развивается, углубляется, приближаясь к знанию, адекватному самой природе микромира.

Но если в области квантовой механики нельзя изолировать микросистему в такой же степени, в какой это оказывается возможным в макроскопической физике, и практически невозможно на данном этапе развития науки иметь достаточную информацию о микроструктуре мира, то как в этом случае приступить к изучению поведения такой системы?

И в этом случае выделяют некоторую конечную систему, состоящую из изучаемой микрочастицы и измерительного макроскопического прибора, и по поведению этой системы судят о свойствах частицы. Однако эта система испытывает огромное число внешних случайных воздействий, вследствие чего результат взаимодействия частицы с прибором не будет однозначным даже в том случае, когда начальное состояние микрочастицы и прибора будет определено однозначно. Система прибор — микрочастица ведет себя как динамическая статистическая система, и поэтому ее поведение может быть выражено лишь статистически, на языке теории вероятностей.

По-видимому, и в других случаях, когда невозможно абстрагироваться от взаимодействия изучаемой системы со всем остальным .миром и нельзя однозначно определить ее состояние при помощи конечного числа параметров, в этих случаях поведение системы может быть выражено статистически, а не при помощи однозначных законов.

Иначе говоря, неисчерпаемость природы, ее свойств и взаимодействий является основанием того, что мы прибегаем к статистическим методам выражения поведения элементов того или иного уровня.

Однако сам по себе принцип неисчерпаемости еще не объясняет, почему в одних случаях мы пользуемся одной статистикой, в других — другой, почему один объект обладает одной совокупностью возможностей, а другой — другой совокупностью и т. д. Характер статистики, характер возможностей в поведении объекта определяется внутренними свойствами этого объекта и испытываемыми им внешними воздействиями, и поэтому обоснование статистики, скажем статистики, применяемой в классической физике, квантовой механике, квантовой теории поля, современной генетике и т. д., следует искать в особенностях внутренней природы и внешнего фона изучаемых объектов.

Совершенствование нашего познания вещи происходит не только путем расширения учитываемых свойств вещи и ее внешнего фона в рамках той или иной теории, но и путем вскрытия все более и более глубоких структур, определяющих эти свойства. Оба эти пути не являются строго независимыми друг от друга, а в известном смысле пересекаются, переходя один в другой.

Расширение круга явлений, отражаемых теорией, рано или поздно приведет к фактам, которые так или иначе не укладываются в рамки теории, и тогда возникает необходимость изменения самой теории, так, чтобы новая теория описывала все явления расширенной сферы, в том числе факты, выходящие за пределы старой теории. Таким образом, новая теория, выражающая сущность явлений более глубоко, вместе с тем будет обладать большей областью адекватности.

Величина гравитационного взаимодействия Земли может уточняться в рамках теории гравитации Ньютона путем учета все более и более слабых взаимодействий Земли с все более удаленными и малыми небесными телами. Однако для слишком больших гравитирующих систем, размеры которых порядка нескольких миллионов световых лет, теория тяготения Ньютона оказывается несправедливой, и ее приходится заменять теорией гравитации Эйнштейна, которая дает качественно новые результаты. Для достаточно же малых областей Вселенной теория гравитации Эйнштейна дает лишь малые поправки по сравнению с теорией Ньютона, которыми практически можно пренебречь. Переход от теории Ньютона к теории Эйнштейна означает не только углубление в познании тяготения, но и расширение области применения теории.

В процессе углубления и развития теории, описывающей явления, возникает необходимость и возможность для их объяснения на основе определенных представлений об их структуре. Так, наряду с термодинамикой, описывающей общие свойства равновесных физических систем, развивалась статистическая физика, которая рассматривала эти свойства на основе молекулярных представлений о строении физических систем, используя методы теории вероятностей. На основе молекулярно-кинетических представлений не только удалось объяснить и обосновать выводы термодинамики, но и получить новые результаты.

В современной физике элементарных частиц наряду с описанием их поведения при тех или иных условиях, при абстрагировании от их внутренней структуры, существует тенденция объяснения их поведения на основе представлений об их структуре. Кажется, что оба пути являются естественными и взаимно обогащающими друг друга.

Переход от изучения одного структурного уровня к другому, как правило, вызывает замену одних понятий, концепций другими понятиями, концепциями. Таков переход от макроскопического уровня к молекулярному, от молекулярного к атомному, к уровню элементарных частиц. Следует ожидать, что для отражения закономерностей движения других, более глубоких уровней материи потребуется создание новых, более «странных» представлений и понятий. Так, в бесконечном движении человеческой мысли, основанной на практическом отношении человека к природе, происходит углубление и расширение наших знаний о Вселенной, ее структуре и ее свойствах. Человечество асимптотически приближается к абсолютному знанию, не достигая этого предела в каждый данный момент времени.

1. В. И. Ленин. Полное собрание сочинений, т. 18, стр. 277. ↑
2. С. И. Вавилов. Собрание сочинений, т. III. М., 1956, стр. 31; статьи Д. И. Блохинцева, М. Э. Омельяновского, А. А. Соколова, Я. П. Терлецкого, Б. Я. Пахомова в сборнике «Философские проблемы физики элементарных частиц». М., 1963; Б. М. Кедров. О количественных и качественных изменениях в природе. М., 1946; И. В. Кузнецов. Философские идеи Ленина и познание природы. «Успехи физических наук», т. LXX, вып. 4, 1960; В. Б. Берестецкий. Проблема структуры «элементарных» частиц в современной физике. «Вопросы философии», 1959, № 9; Д. Д. Иваненко. О единой физической картине мира, неисчерпаемости материи и некоторых проблемах теории элементарных частиц. «Вопросы философии», 1959, № 6; В. И. Свидерский. О диалектике элементов и структуры. М., 1962; С. И. Мелюхин. О трактовке понятий «элементарности» и «структуры» в применении к микрообъектам. «Философские вопросы современной физики». Киев, 1964. ↑
3. F. Dуsоn. Innovation in physics. «Scientific American», v. 199, N 3, 1958, p. 82; С. Саката. Новые представления об элементарных частицах. «Вопросы философии», 1962, № 6, стр. 130, 140; Д. Бом. Причинность и случайность в современной физике. М., 1959; Ж. П. Вижье. К вопросу о теории поведения индивидуальных микрообъектов. «Вопросы философии», 1956, № 6; он же. Теория уровней и диалектика природы. «Вопросы философии», 1962, 10; 1. Rosenfeld. Niels Bohr. «Nordita publicatos», N 57. Amsterdam, 1961, p. 23. ↑
4. См., например: В. А. Босенко. К вопросу о неисчерпаемости электрона. «Философские вопросы современной физики». Киев, 1964, стр. 254—264. ↑
5. К. Маркс и Ф. Энгельс. Сочинения, т.20, стр. 646. ↑
6. См. В. А. Фок. Теория пространства, времени, тяготения. М., 1955, стр. 28; Л. Д. Ландау, Е. М. Лифшиц. Теория поля. М., 1960, стр. 9 и сл. ↑
7. Д. Вебер. Общая теория относительности и гравитационные волны. Дополнение II, Гравитационные волны. М., 1962, стр. 247. ↑
8. К. Маркс и Ф. Энгельс. Сочинения, т. 20, стр. 547. ↑
9. Вопрос о соотношении свойств и качеств мы здесь не рассматриваем. ↑
10. У. Эшби. Введение в кибернетику. М., 1959, стр. 64. ↑
11. М. А Марков. О современной форме атомизма. «Вопросы философии», 1960, № 3, стр. 50. ↑
12. В. И. Ленин. Полное собрание сочинений, т. 18. стр. 330. ↑
13. В. И. Ленин. Полное собрание сочинений, т. 29, стр. 100. ↑
14. См., например: Ж. П. Вижье. К вопросу о теории поведения индивидуальных микрообъектов. «Вопросы философии», 1956, № 6; он же. Теория уровней и диалектика природы. «Вопросы философии», 1962, № 10; Д. Бом. Причинность и случайность в современной физике, гл. V. М., 1959. ↑
15. К. Маркс и Ф. Энгельс. Сочинения, т. 20, стр. 608—609. ↑
16. Г. В. Лейбниц. Монадология. «Избранные философские сочинения». М., 1908, стр. 348—349. ↑
17. Д. И. Блохинцев. Проблема структуры элементарных частиц. «Философские проблемы физики элементарных частиц». М., 1963, стр. 57. ↑
18. М. А. Марков, Гипероны и К-мезоны. М., 1958, стр. 191. ↑
19. В. С. Барашенков. Внутренняя структура элементарных частиц. «Международная зимняя школа теоретической физики при Объединенном институте ядерных исследований», т. III. Дубна, 1964, стр. 86—106. ↑
20. С. Саката. Новые представления об элементарных частицах. «Вопросы философии», 1962, № 6, стр. 129—130. ↑
21. Там же, стр. 160. ↑
22. М. Гелл-Манн, А. Розенфельд, Дж. Ч у. Сильно взаимодействующие частицы. «Успехи физических наук», т. LXXXIII, вып. 4, 1964, стр. 695. ↑
23. «Природа», 1965, № 1, стр. 63. ↑
24. А. Абрагам, У. Проктор. Спиновая температура. «Проблемы современной физики», 1959, № 1; И. П. Базаров. Термодинамика. М., 1961; Л. Д. Ландау, Е. М. Лифшиц. Статистическая физика. М., 1964, стр. 257 и сл. ↑
25. Р. А. М. Diгас. — Proc. Roy. Soc., 1942, v. 1, N 180. ↑
26. «Нелинейная квантовая теория поля». М, 1959. ↑
27. Y. Р. Terletsky. Masses propres positives, négatives et imaginaires. «Journal de Physique et Radium», 1962, t. 23, p. 910. ↑
28. В. Б. Берестецкий. Проблема структуры «элементарных» частиц в современной физике. «Вопросы философии», 1959, № 9; А. А. Соколов. Элементарные частицы. М., 1963. ↑
29. В. Гейзенберг. Физика и философия. М, 1963, стр. 65. ↑