ИНСТРУМЕНТЫ ПОЗНАНИЯ - Физика и философия - Мигдал А.Б. - Философы и их философия

          В XX в. в естественных науках были развиты и проверены на опыте принципы, позволяющие избегать определенных ошибок и быстрее при­ходить к цели. Некоторые из них пришли в физику из общей теории по­знания, но настолько преобразовались, наполнившись конкретным со­держанием, что о них стоит сказать заново.

Красота как эвристический принцип

           Важнейшее эвристическое понятие в физике, как, впрочем, и в дру­гих науках,— красота теории, закона, концепции. Несмотря на кажу­щуюся субъективность этого понятия, оно редко вызывает разногласия в оценках. Под красотой теории понимается установление неожиданных связей между разнородными явлениями, богатство и значительность заключений при минимальном числе правдоподобных предположений.) остроумие аргументации... Красивый математический прием или изящ­ное рассуждение почти всегда либо помогают решить поставленную за­дачу, либо найдут применение при решении будущих задач. Красивые теории, как правило, плодотворны. Как утверждают авиаконструкторы, красивый самолет лучше летает...

        Одно из проявлений красоты в физике — симметрия законов природы. Под симметрией понимается неизменность явлений и описывающих их уравнений при каких-либо преобразованиях. Например, неизменность уравнений при переходе к движущейся системе координат или при из­менении знака времени. Требование симметрии позволяет открывать законы природы. Так, уравнения тяготения Эйнштейна почти однознач­но вытекают из требования симметрии относительно локальных преобра­зований координат в четырехмерном пространстве-времени. Идея сим­метрии пронизывает всю современную физику от теории элементарных частиц до теории металлов. Симметрия тесно связана с законами со­хранения. Так, в электродинамике требование инвариантности уравнений относительно калибровочных преобразований приводит к закону сохра­нения заряда. Законы сохранения, например закон сохранения энергии или импульса, вытекают из требования инвариантности физических уравнений относительно сдвига во времени и в пространстве (трансляционная симметрия). Мы полагаем, и это до сих пор подтверждалось опытом, что частицы или поля, имеющиеся в природе, “вложены” в совершенно симметричное пространство-время. Поэтому в пустом пространстве по­коящееся тело не может сдвинуться или повернуться. Законы сохране­ния — энергии, импульса и углового момента — универсальны именно потому, что они являются следствием общего свойства нашего мира — однородности и изотропности пространства-времени.

        Объекты природы могут не иметь той симметрии, которая есть у за­конов. В природе встречаются зеркально асимметричные системы (на­пример, двойная спираль), хотя законы, определяющие их устройство, не изменяются при зеркальном отражении. Подобное “спонтанное нару­шение симметрии” чрезвычайно распространено в природе. Капля воды на столе есть спонтанное нарушение трансляционной симметрии; этой симметрии соответствует равномерно размазанная по столу жидкость.

       Изначальная симметрия в природе, как правило, нарушается. Напри­мер, закон сохранения энергии нарушается, хотя и ничтожно мало, слабой неоднородностью времени, вызванной расширением Вселенной. Нарушение симметрии придает красоте природы особую изысканность.

        Красота, о которой мы говорим,— это не только отражение гармонии материального мира, но и красота логических построений. Законы логи­ки — такой же объект познания, как и законы природы. Их независи­мость от познающего субъекта доказывается общеобязательностью логи­ческих заключений. Логическая красота так же объективна, как и кра­сота физических законов. Мы ощущаем изящество теории и в том случае, когда ее предсказания противоречат экспериментальным фактам.

       Красота логических построений в наиболее чистом виде проявляется в математике. Так, математика изучает все возможные геометрии прост­ранства с произвольным числом измерений. Математическая ценность н красота результатов не зависят от того, какая именно из геометрий осуществляется в нашем трехмерном мире.

          Один из примеров математической красоты — “алгебра высказыва­ний” или “алгебра логики”, позволившая анализировать законы и воз­можности логических заключений. Эта теория оказалась крайне важной для построения ЭВМ и для выяснения возможностей искусственного ин­теллекта.

Иного рода красота физики. В математике правильность интуитивных догадок проверяется логически. Физика же изучает мир вещей; верхов­ный судья здесь — эксперимент. Не обязательно всегда ставить его для проверки теории. Чаще всего теория опровергается или подтверждается при анализе сделанных ранее экспериментов или вытекающих из них соотношений. Теоретические построения в физике требуют согласования с тем, что уже твердо вошло в наши знания об окружающем мире. Су­ществует расхожее мнение, что революционное научное открытие перево­рачивает науку, отменяя все прежние результаты. К счастью, в науке таких революций не бывает. Так, даже ошеломляющие идеи теории от­носительности и квантовой теории, совершившие переворот в методах физического познания, не отменили механики Ньютона, а лишь указали границы ее применимости. В науке, как и в искусстве, новое не отменяет красоты старого. Романтика и красота науки во взаимопроникновении и переплетении старых и новых идей.