В чём заблуждаются физики?

(Сокращенный вариант книги)

Введение

Важнейшей проблемой естествознания является проблема самоорганизации вещества в живой и неживой природе. Но сегодня ни механизм, ни детальные параметры этого процесса не известны. А существует лишь множество вопросов без ответов, например, чем объясняется свойство систем самоорганизовываться и регулировать отношения с внешним миром, как вообще возникают организованные структуры с их функциями? На все эти вопросы пытается ответить синергетика.

Трудность этой проблемы состоит в том, что необходимо раскрыть физическую природу всех этих процессов. И если речь зашла о физической природе самоорганизации, то эту проблему прежде всего должна решать физика. Но сегодня она решить ее не может. Возьмем такой объект органической природы, как живая клетка. Это ярко выраженная самоорганизующаяся система, но физика бессильна объяснить загадку живой клетки. Возьмем кристалл – объект неживой природы. О кристалле физика знает почти все, однако перед загадкой кристалла как самоорганизующейся системы она тоже бессильна.

Почему сложилась такая ситуация? Вероятно, «не все ладно в датском королевстве». И действительно, в физике есть несколько ошибок, которые не позволяют ей даже приблизиться к проблеме самоорганизации. Вот уже более 2000 лет философия утверждает, что неорганическая среда развивается. Но до сих пор это утверждение повисает как глас вопиющего в пустыне, никто не слышит, в том числе и физика. Это и есть ее первая ошибка, т.е. физика игнорирует развитие неживой природы.

В главе I показано, что неорганическая природа развивается от молекулы до кристалла. Нужно было ответить на главный вопрос: по какому параметру пойдет это развитие, если время как параметр в этом процессе не участвует? Оказалось, что неорганическая среда развивается при изменении плотности вещества, главные параметры – энергия и ее источники, а главный процесс – превращение энергии.

Так как с этой точки зрения, т.е. с учетом развития, конденсированную среду еще никто не изучал, то удалось обнаружить не только еще целый ряд ошибок физики, но и совершенно новое явление, свойство и закономерность.

В главе II с новой точки зрения рассмотрены такие привычные и хорошо изученные объекты природы, как кристалл, живая клетка и Земля.

Если исходить из существующих представлений, то ни развития, ни самоорганизации вещества в неорганической среде нет и быть не может. Если же принять, что физики ошибаются, то в конденсированной среде самоорганизация начинается уже в момент образования простейшей молекулы благодаря действию двух пар противоположностей: вещество – поле и структура – функция. В момент образования кристалла вместе с зародышем твердой фазы образуется и зародыш постоянного электромагнитного поля, при этом магнитная составляющая поля заполняет и оформляет объем кристалла, а электрическая – поверхность, т.е. возникает не только еще одна пара противоположностей – это пара объем – поверхность, но и совершенно новый физический объект: постоянное электромагнитное поле с его источниками.

Но физики не знают ни о существовании этих пар противоположностей, ни о том, что кристалл, живая клетка и Земля – все это различные формы существования постоянного электромагнитного поля.

Это незнание привело к тому, что сегодня именно физика сдерживает развитие естествознания (глава III).

Человек тоже является формой существования постоянного электромагнитного поля. А какая польза человеку от этого нового для него знания? Такая точка зрения позволяет ответить на самый главный вопрос, волнующий каждого без исключения – почему человек болеет и стареет (глава IV)? Оказалось, что ошибки физики сдерживают не только развитие естествознания, но и развитие человека как объекта природы.

В работе очень активно используется философия естествознания, потому что в некоторых вопросах философия разбирается гораздо лучше физики.

Книга построена таким образом, что вначале предлагается рассмотреть существующие представления по изучаемому вопросу, а затем – точку зрения автора.

Глава I

РАЗВИТИЕ НЕОРГАНИЧЕСКОЙ ПРИРОДЫ

Главным объектом данного исследования является конденсированное состояние вещества. А что это? Ответа на этот вопрос пока еще нет в науке, потому что не определена роль валентных электронов в образовании и строении конденсированной среды. И снова возникает вопрос: почему?

Электронная теория, занимающаяся этой проблемой, имеет три направления: классическое – полагается, что движение и поведение электронов подчиняется законам классической механики; квантовое – движение свободных электронов определяется законами квантовой механики; и в виде зонной теории, которая рассматривает движение свободных электронов в периодическом поле кристаллической решетки. Основные положения, на которых они строятся, следующие: валентные электроны не взаимодействуют друг с другом, не взаимодействуют с ионами, причем  ионы образуют жесткую периодическую решетку.

Необходимо подчеркнуть, что именно эти приближения являются источниками всех трудностей, с которыми сталкивается электронная теория. И хотя в процессе ее развития вносились изменения и дополнения, приближающие модели к реальному поведению вещества, например, учитывались колебания решетки, электрон-электронное и электрон-фононное взаимодействия, тем не менее эта задача не решена. Слишком абстрактные исходные посылки упростили постановку задачи, но зато настолько усложнили решение, что сделали его вообще невозможным.

Почему проблема строения конденсированной среды не поддается решению? Это можно объяснить следующим образом. Сама проблема очевидна и как бы лежит на поверхности, а вот ее решение спрятано очень глубоко, т.е. чтобы добраться до ответа, нужно прежде всего решить какие-то другие проблемы.

Как подойти к этим проблемам, где их искать?

В развитии любой теории существуют так называемые узловые точки, когда из двух и более исходных посылок нужно выбрать только одну и желательно правильную Рассмотрим одну такую узловую точку: развивается или не развивается неорганическая среда?

Физика конденсированного состояния построена на твердом убеждении в том, что неорганическая среда не развивается, об отношении физики к идее развития подробно говорится в первом параграфе.

В настоящей работе выбирается другая точка зрения, будем исходить из того, что неорганическая природа развивается. Во втором параграфе подробно прослежен путь развития от простейшей молекулы до кристалла, а третий параграф посвящен движущей силе развития.

1. Идея развития в физике

В этом параграфе не делается обзор литературы по идее развития, а рассматриваются всего четыре работы, чтобы показать сложившиеся представления о развитии и господствующий сегодня подход к изучению неорганической конденсированной среды. В конце параграфа предлагается точка зрения автора на идею развития неорганической природы.

Существующие представления

Физика и идея развития

Если прогрессивный характер развития живой природы и общества не вызывает сомнений, то относительно развития физической материи высказывается множество различных мнений, вплоть до отрицания развития физической материи вообще [1]. Установления же определенного характера биологической и социальной форм материи недостаточно для понимания развития материи, необходим более общий подход, охватывающий предысторию живой природы и общества. Поэтому чрезвычайно важно для выработки определенного понимания развития установить, что такое развитие неживой природы и, прежде всего, физической формы материи.

Дискуссии по проблеме развития в философской литературе идут в основном вокруг двух вопросов: 1) применимо ли понятие развития к материи в целом, является ли развитие атрибутом материи или лишь частным случаем движения? 2) что такое развитие – круговорот, необратимое качественное изменение или движение от низшего к высшему, существует ли определенная направленность развития материи?

Дальнейшая конкретизация понятия развития, развертывание его содержания требует постановки следующих вопросов: 1) как происходит развитие, каков его внутренний механизм? 2) почему совершается развитие, каковы его источники, движущие силы? 3) что такое развитие материи  как единый глобальный процесс?

Становление идеи развития в физике можно представить себе следующим образом.

Фундаментальные физические теории – механика, электродинамика, теория относительности, квантовая механика и т.д. – описывают и объясняют определенные частные формы физической материи и движения, отвлекаясь от их истории. В этих теориях не ставится вопрос о возникновении и развитии физических объектов, свойства и закономерности физических систем считаются не меняющимися со временем.

Когда же речь заходит о развитии физической материи, то взоры обращаются на термодинамику, поскольку именно в этой теории возникает понятие необратимости физических процессов, связанное со вторым законом, одной из многочисленных формулировок которого является принцип возрастания энтропии. Однако попытки представить второе начало термодинамики в качестве великого эволюционного принципа нельзя признать удачными.

Второе начало термодинамики не является выражением принципа развития потому, что в нем фиксируется лишь одна сторона развития – необратимость, внешняя, формальная сторона, присущая любому реальному процессу, а не только развитию, причем фиксируется статистически – возрастание энтропии оказывается наиболее вероятным для систем определенного типа. Второй закон термодинамики не отражает важнейшего интегрального свойства развития – его определенной направленности, ибо рост энтропии может происходить как в прогрессивных, так и регрессивных процессах. Изменение энтропии не связано однозначно с увеличением или понижением упорядоченности материальных систем. Второй закон термодинамики является характеристикой диссипации энергии, расходной частью бюджета, но не продвигающим фактором, не законом развития. Более того, второе начало, описывающее рост энтропии физических систем, само оказывается следствием необратимости физических процессов, которая есть фундаментальный эмпирический факт.

Фундаментальные физические теории отображают отдельные стороны или уровни физической материи, отвлекаясь от ее истории. Это находит свое выражение и в том, что уравнения теорий инвариантны относительно инверсии времени, так что время входит в динамику процесса просто как геометрический параметр, т.е. прошлое и будущее не различаются, время не имеет исторического характера.

В истории естествознания идея развития формулируется вначале в астрономии, геологии и биологии, однако эти разделы естествознания рассматриваются как отличные от физики, имеющей дело с вечными и неизменными объектами и законами природы. Но в ХХ в. ситуация изменилась, обнаружена глубокая связь явлений мега-, макро— и микромиров, и это приводит к тому, что идея развития из астрофизики проникает в другие разделы, становясь основной методологической идеей всей физики. В последнее время, отмечают Г.Николис и И.Пригожин, был открыт ряд новых свойств, относящихся к самому характеру физического мира. Классическая физика подчеркивает устойчивость, постоянство окружающего нас мира. Сегодня очевидно, что это справедливо лишь в некоторых довольно редких случаях. В самом деле, мы повсюду сталкиваемся с эволюционными процессами, приводящими к возрастанию разнообразия и сложности.

Все фундаментальные и производные физические теории строятся посредством отвлечения от вопросов истории, они отражают строение и функционирование физических систем; природа в картине мира, основанной на таких представлениях, оказывается неразвивающейся иерархической системой.

Физика не была исторической наукой, поскольку в ней отсутствовала идея развития. В последние годы в философской литературе все чаще отмечается факт проникновения идеи развития через астрономию в физику, что способствует осознанию единства материи, формированию глобального или космического эволюционизма.

С другой стороны, идея развития проникает в физику из биологии в результате попыток физического объяснения биологических явлений, процессов самоорганизации живой материи в ходе биологической эволюции, прежде всего на основе термодинамики. Однако классическая равновесная термодинамика оказалась непригодной для этой цели, поэтому была создана неравновесная термодинамика, дальнейшее обобщение которой привело к становлению синергетики – науки о процессах самоорганизации в открытых неравновесных системах.

Однако специальных глубоких исследований становления идеи развития в физике и проблемы развития физической формы материи пока не проведено.

Что мешает идее развития в физике?

Идее развития мешает другая идея, господствующая сегодня в физике – желание объяснить все явления в природе с помощью квантовой механики. Но такой подход противоречит самой идее развития неорганической конденсированной среды. Одним из главных процессов развития в неорганической среде является структурное усложнение материи. И все формы движения сложных систем качественно несводимы к относительно более простым формам, в том числе и к фундаментальным взаимодействиям [2]. Объективно эта несводимость обусловлена тем, что сложные формы движения характеризуют целостные изменения соответствующих систем, выступают как проявления их системных качеств. Если мысленно разложить сложную систему на структурные элементы, вплоть до молекул и атомов, то у этих элементов уже не будет системных качеств сложных образований, хотя появятся специфические квантовые свойства. И сколько бы мы ни составляли уравнений для отдельных атомов и молекул, с каким бы совершенством и мастерством или будущими компьютерами ни решали их, все равно из них нельзя вывести все свойства и формы движения сложных систем. Ибо в этих уравнениях нет тех параметров, которые характеризуют качественные особенности и формы движения сложных систем, но будут такие параметры, которые на макроскопических уровнях не проявляются, например, волновая функция частиц, спин, четность и др.

Тем не менее, квантовая механика упорно пытается объяснить многие явления в макрофизике, химии и даже биологии. И вот к чему это привело [3]. В отличие от классической, квантовая механика не объясняет явлений, поскольку не вскрывает их сущность, а лишь описывает эти явления. Тем самым квантовая механика является ярко выраженной феноменологической теорией.

Философская основа ее, ориентированная на игнорирование скрытых форм движения материи, игнорирование структур материальных образований, игнорирование внутренних механизмов физических явлений, утверждающая неопределенность как принцип микро— и макрообъектов и их поведения, является ложной, ограничивающей познавательные возможности человека. Поэтому квантовая механика в существующем виде не может быть основой для построения физической теории, отражающей закономерности реального физического мира.

Причиной кризисного положения в конкретных областях науки является общая неспособность современной теоретической физики разобраться в физической сути явлений, вскрыть внутренний механизм явлений, структуры материальных образований и полей взаимодействия, понять причинно-следственные связи между элементами, явлениями.

Недостатки современной физической теории не являются чем-то случайным, они вытекают из всей методологии и, прежде всего, тех целей, которые современная физическая теория ставит перед собой.

В отличие от физики XVIII и XIX вв., пытающейся понять внутреннюю суть явлений и сводящей сложные явления к поведению элементов, участвующих в этих явлениях, физика ХХ в. фактически сняла эти цели. Целями развития некоторых областей физики стало подразумеваться создание внутренне непротиворечивого описания с помощью все более усложняющегося математического аппарата. В качестве же самой важной, стратегической цели физики в целом представлена задача создания Теории Великого Объединения (ТВО), т.е. такой теории, которая позволит единым математическим приемом охватить все частные теории, что и докажет единство всех явлений природы. Но не понимая внутреннюю суть явлений, имея лишь их частное описание, всегда принципиально неполное, нет оснований надеяться на то, что объединение различных физических явлений, описания которых тоже существенно неполны, можно сделать вообще.

Главной целью для естествознания вообще и для физики в частности на всех этапах и уровнях их развития может являться только раскрытие природы явлений, т.е. раскрытие внутреннего механизма явлений, анализ причинно-следственных отношений между материальными образованиями, участвующими в изучаемых явлениях и эффектах, и на основе изучения механизма отдельных явлений представление общих для всех закономерностей.

Однако выявление внутреннего механизма любых явлений возможно лишь в случае, если за связями и взаимодействиями материальных образований, участвующих в них, признается принцип причинности, а также сам факт наличия этих внутренних механизмов явлений. Поскольку проявления физических явлений есть следствие внутренних процессов, зачастую неощутимых на достигнутом уровне развития физики, то признание факта причинности имеет принципиальное значение, ибо заранее на всех этапах познания утверждает наличие внутреннего механизма явлений и принципиальную возможность его раскрытия.

Ничего этого в современной теоретической физике нет. Физическая теория сегодня ничего не объясняет и даже не пытается это сделать, а всего лишь описывает явление. Для описания явления используется математический аппарат, но от этого описание не превращается в объяснение. Описания явлений в современной физике носят поверхностный характер и, следовательно, современная физика феноменологична.

Не отрицая полезности и даже необходимости внешнего описания явлений, тем не менее приходится отметить безусловную недопустимость подобного подхода к изучению явлений вообще. Феноменологический подход слишком поверхностен. Глубинные причины явлений, их внутреннюю суть этот подход вскрыть не в состоянии, а отсюда и его ограниченность. Не понимая внутренней сущности явлений, нельзя понять, до каких пределов можно распространять выводы, полученные на основании изучения одних явлений, на другие. Феноменология принципиально ограничивается внешними описаниями явлений, опирающимися на внешнюю сторону явлений, чем принципиально отличается от динамического подхода, стремящегося выявить внутренний механизм явлений, его внутреннюю сущность. Там, где феноменологический подход исчерпывает свои возможности, динамический подход только еще берет свое начало. Его возможности принципиально безграничны, ибо он предполагает неисчерпаемость материи вглубь и абсолютно для каждого явления предполагает наличие некоего глубинного движения материи на глубинных иерархических уровнях ее организации, т.е. наличие внутренних причинно-следственных связей частей явлений, следствием чего и является изучаемое явление.

В отличие от феноменологии, которая каждое явление описывает отдельно, а затем пытается найти в них нечто общее, что ускользает от нее, так как каждое явление описано частично, поверхностно, динамика вскрывает сущностный механизм явлений, где каждое явление выступает как частичное проявление скрытых форм движения материи. Здесь открываются совершенно новые сущностные возможности для выявления общности самых разнообразных явлений и для их обобщения.

Таким образом, динамический подход, не исключая феноменологии, вбирая ее в себя как полезную часть, оказывается гораздо богаче чистой феноменологии. И можно только сожалеть о том, что динамический подход к изучению явлений в современной теоретической физике оказался не развит.

Макрофизика начинает потихоньку «протестовать» против засилья в ней микроскопических теорий. Вот что об этом говорится в работе [4]. В наше время при исследовании и разрешении многих основных проблем естественных наук и в технике требуется рассматривать системы, состоящие из различных взаимодействующих частиц и тел, когда основные свойства систем, эффекты коллективных взаимодействий и характерные особенности совершающихся процессов имеют механическую природу не только в свете анализа микроскопических теорий, но и при макроскопическом описании наблюдаемых явлений.

Данные физики о микроскопических размерах и о геометрических формах частиц, структурах их расположения и их взаимодействиях очень полезны и необходимы для понимания макроскопических свойств тел. Однако одних микроскопических данных и механизмов недостаточно для установления макроскопических теорий, хотя и бытует совершенно неправильное мнение, что после установления микроскопической картины устройства тел в теории конечных тел уже не существует принципиальных проблем.

Для решения некоторых задач требуется привлечение основных физических понятий электромагнитного поля и способов его описания. Например, так обстоит дело в макроскопических проблемах для описания свойств дислокаций в металлах, в механике полимерных материалов, при описании свойств взаимодействующих материальных сред с сильными переменными электромагнитными полями, в пучках лучей лазера, при описании явлений сверхпроводимости и сверхтекучести и т.д. Многие современные проблемы в перечисленных вопросах еще не решены и даже четко не сформулированы.

Таким образом, термодинамические свойства макроскопических тел нельзя вывести из микроскопических свойств без дополнительных существенных гипотез макроскопической природы.

В настоящее время происходит объединение механики и физики. Это проявляется особенно явно в макроскопических теориях механики сплошных сред. Во многих явлениях наряду с чисто механическими характеристиками – такими, как векторы перемещения точек среды и их производные различного порядка во времени и координатам, – основное значение приобретают термодинамические и электромагнитные характеристики внутреннего состояния тел и полей.

Описание внутреннего механизма как микро-, так и макровзаимодействий в телах, изучаемых в различных фундаментальных разделах физики, химии, механики и биологии, требует обязательного привлечения теории электромагнетизма.

Точка зрения автора

В чем заблуждаются физики? 

Физика не занимается вопросами, как и когда возникает тот или иной объект. Она изучает его свойства и законы движения именно такими, какими они существуют в период исследования, т.е. физика игнорирует идею развития неорганической среды.

Современная физическая теория не считает обязательным выяснение физической сущности явлений, предполагая отсутствие внутреннего механизма явлений, отсутствие причинно-следственных взаимодействий частей внутри физических явлений, возводя вероятность и неопределенность в принцип устройства природы.

Почему сложилась такая ситуация?

Физики не рассматривают развитие неорганической среды, скорее всего, по традиции, так уж сложилось за много лет, что единственным и господствующим является подход, когда рассматриваются только стабильные состояния.

А почему сегодня в макрофизике господствует квантовая теория? Скорее всего, потому, что считается, если квантовая механика достигла таких блестящих успехов в разработке теории атомного ядра, то с таким же успехом она может справиться и с любой проблемой макрофизики.

Но посмотрим точку зрения В.Л.Гинсбурга [5] на объект исследования микрофизики и ее роль в естествознании сегодня.

«Микромир часто определяется как область действия квантовых законов, тогда как в макромире господствуют классические закономерности. Такой подход представляется довольно глубоким, хотя его условность тоже очевидна.

Объектом исследования в микрофизике являются в основном только простейшие, элементарные частицы, их взаимодействие, управляющие ими законы. Для микрофизики характерна длина порядка или менее 10^-11 см. Считается, что микрофизика – это соль земли, а занятие макрофизикой – деятельность второго сорта.

50 лет назад микрофизика занимала некоторое совершенно исключительное место в науке. Проблематика микрофизики – это самые фундаментальные, принципиальные и поэтому для многих самые привлекательные вопросы физики. С такой точки зрения положение микрофизики не претерпело изменений. Но до середины нашего века проблемы микрофизики имели вместе с тем, по существу, определяющее значение для развития всего естествознания. В самом деле, основное содержание микрофизики составляло тогда изучение атомов, а затем также атомных ядер. Разгадать строение атома, понять действующие в нем законы (для этого пришлось создать квантовую механику) означало дать толчок многим областям физики, астрономии, химии, биологии. Примерно то же можно сказать об атомном ядре – его изучение породило возможность использования ядерной энергии. Роль микрофизики для развития естествознания была огромной – на ее развитие бросали все – размах работы, внимание общественности, поддержка – все поняли ее общечеловеческое значение в плане решения важнейших практических проблем.

Сейчас же положение совсем другое. Исследуемые микрофизикой частицы либо живут ничтожные доли секунды, либо, как в случае с нейтрино, почти свободно пронизывают земной шар и улавливаются с колоссальным трудом.

Итак, согласно защищаемому здесь мнению, место микрофизики и в физике, и во всем естествознании радикально изменилось, и я думаю, что такое изменение произошло, быть может, навсегда или, во всяком случае, очень надолго.

Если позволено будет выразить сказанное в ненаучных терминах, я бы сказал, что микрофизика в первой половине нашего века была первой дамой естествознания. Сегодня и завтра она остается и останется только самой красивой дамой».

Что делать?

Квантовая теория неоправданно расширила область своего применения, в то время как в конденсированной макроскопической среде протекают ее собственные процессы, проявляются ее собственные свойства и закономерности, которые никак не связаны с квантовыми процессами. Но эти особенности конденсированной среды никто не учитывает, не принимает во внимание.

В эволюционном развитии материи все сложные формы движения не могли сразу возникнуть из простых. Здесь было поэтапное усложнение форм движения в результате самоорганизации материи, напоминающее лестницу с большим числом ступеней. Поэтому и в познании взаимоотношения форм движения следует стремиться не перепрыгивать с нижних ступеней на самые верхние, а пытаться последовательно раскрывать стадии усложнения в движении и взаимодействиях материи.

И если осуществляется такая непрерывность и последовательность переходов, то из любых более простых форм движения можно вывести важнейшие особенности ближних следующих, более сложных форм движения, из знания последних – еще более сложные и т.д.

Таким образом, неорганическую конденсированную среду необходимо рассматривать в процессе ее непрерывного развития от молекулы до кристалла.

Возникает самый главный вопрос, на который предстоит ответить: по какому параметру идет развитие неорганической конденсированной среды, если время как параметр в этом процессе не участвует?

2. Развитие от молекулы до кристалла

Рассматриваются три проблемы: образование молекулы, межмолекулярное взаимодействие и кристаллизация. По всем этим процессам существуют давно сложившиеся и общепринятые теории, которые и будут представлены в этой главе, хотя и кратко [6, 7]. Основное внимание будет уделено вопросу: какие силы удерживают атомы в молекуле, обеспечивают межмолекулярное взаимодействие и процесс кристаллизации?

Эти же самые проблемы будут рассмотрены и с новой точки зрения, а именно, с учетом непрерывного развития неорганической конденсированной среды от молекулы до кристалла.

(ВНИМАНИЕ! Выше приведено начало книги)

Скачать полный текст в формате PDF

© Денисова Н. А., 2000