А.И.Липкин ИЗ КАКИХ ПРОБЛЕМ, ЗАДАЧ И ИДЕЙ И КАК

А.И.Липкин
ИЗ КАКИХ ПРОБЛЕМ, ЗАДАЧ И
ИДЕЙ И КАК ВОЗНИКАЛИ:
НОВЫЕ ТЕОРИИ И РАЗДЕЛЫ
ФИЗИКИ,
САМА ФИЗИКА,
ИХ РЕФЛЕКСИЯ В ТЕОРИИ
ПОЗНАНИЯ И ФИЛОСОФИИ
НАУКИ
Теория познания
• Локк и Декарт, Беркли и франц. матер-ты
скорее рисовали картины научного
познания, исходя из идей и образцов
(математики для Декарта), чем из проблем
• ситуация меняется с Канта, для которого
возникает "проблема Юма". Кант решает
ее, вводя априорные формы
чувственности и рассудка
Позитивисты 19 в.
• Они наследуют эту проблему и пытаются
обойти ее, провозглашая ограничение
науки феноменологией: наука отвечает
на вопрос "Как?" (как связаны явления),
а не "Почему?", т.е. не ищет причин.
• Параллельно рисовали картины научного
познания, исходя из идей истории (Конт)
и психологии (Мах)
Логические позитивисты 1930-х
• исходя из образцов и идей Рассела,
отличают с помощью "эмпирического
базиса" и операции "верификации"
научные утверждения от
метафизических, которые объявляются
бессмысленными.
• Создают структурную "стандартную"
модель физического знания
К. Поппер
• проблема "демаркации" науки и
"ненауки" и проблема существования
объективной истины.
• Модель развития науки: P1 =>
TT(пробная теория)=>EE-(критические
проверки)=> P2
Модель Т.Куна
• Проблема: как развивается наука, если нет
решающих экспериментов?
• {сообщ-во - парадигма1} ==> нормальная наука1
•
("научная революция")
• {сообщ-во - парадигма2} ==> нормальная наука2
И. Лакатос: модель
"исследовательских программ" (ИП)
• проблема та же, что у Куна, но в модели нет
сообщества и есть содержательные критерии
отбора ИП.
• изоморфизм: "парадигме" Куна отвечает "жесткое
ядро" "исследовательской программы" Лакатоса,
"нормальной науке" Куна отвечает продукция
"исследовательской программы" Лакатоса,
"прогрессивность" "исследовательской программы"
Лакатоса является основанием для перехода
сообщества к новой "парадигме".
ПИО - ВИО модель А.Липкина
• ПИО – "первичные" идеальные объекты (частицы, поля,…), из
которых строятся ВИО – "вторичные" идеальные объекты,
представляющие собой теоретические модели явлений, т.е. теории
(в геометрии аналоги ПИО - точки и прямые, ВИО - фигуры)
• ЯРН (ядро раздела науки) - система постулатов задающих ПИО
(аналог системы аксиом в геометрии, "парадигмы" Куна, "жесткого
ядра" Лакатоса) :
•
(ПИО)
ЯРН
[ВИО]
• Исходной проблемой здесь было – упорядочение знаний,
содержащихся в разделах теоретической физики
4 уровня различий и инноваций
в физике (естественной науке)
• 1) уровень теории внутри
существующих разделов физики
2) уровень раздела физики
3) уровень физики (дисциплины)
внутри естественной науки (Ньютон)
• 4) уровень естественной науки
(научная революция 17 в., Галилей)
4)Теория падения тел Галилея
• В теории движения падающего тела Галилей, как и др.,
решал задачу, поставленную Аристотелем. Он создал
определенный вариант математизированной
натурфилософии, где четко выделены два слоя –
модельный (мод) и математический (матем) и, главное,
ее инженерное воплощение в эксперименте с помощью
технических операций приготовления <П| (гладкой
наклонной плоскости, шарика…) и измерения |И>
(сравнения с эталоном).
• <П|
матем: v2 : v1 = t2 : t1
мод: тело; пустота; среда
|И>
3А) Механика Ньютона образец раздела физики
• Ньютон решал задачу построения
теории, из которой бы следовали три
закона Кеплера для движения планет. В
результате в «Математических началах
натуральной философии» он построил
теорию тяготения (закон тяготения) и
динамику (классическую механику)
3Б) Научная революция границы 19-20 вв.
- переход к неявному типу определения и
становление теоретической физики
Ядро раздела физики
<П|
Теоретическая часть
Матем: SA (t1) ---УД(A,F)  SA (t2)


Мод:
SA (t1)
SA (t2)
|И>
2А) Рождение гидродинамики (18 в.)
• Бернулли решал конкретные частные
задачи про течение жидкостей, вводя
средства описания движения жидкости
(скорость течения, давление). Эйлер,
исходя из этого и заданного Ньютоном
образца, построил новый (после
механики Ньютона) раздел физики –
гидродинамику идеальной жидкости
2Б) Рождение электродинамики (19 в.)
• К сер. 19 в. накопилось много «частных»
законов про электричество и магнетизм и была
сформулирована проблема их объединения в
одну теорию. Немцы работали внутри
ньютоновской парадигмы частиц и сил, а
Фарадей (и далее Максвелл) разрабатывали
принципиально другую модель – модель поля,
родственную гидродинамике.
2В) а)Теория относительности (20 в.)
• столкновение нового (электродинамика) и старого
(классич. механика) разделов физики, приводящее к
противоречию, из которого следует проблема: как распространить
принцип относительности на электродинамику. Она переходит в
проблему: как объяснить замену привычных галилеевских
преобразований при переходе от одной инерциальной системы
отсчета к другой, на необычные лоренцевы (сокращение длин,
замедление времени)? Предлагаются «эфирная» теория Лоренца и
Ко и СТО Эйнштейна, меняющая базовый эталон: твердый метр
на скорость света.
• Затем возникает столкновение между СТО и теорией тяготения
Ньютона, которое снимается в ОТО
2В) б) Квантовая механика (20 в.)
• Проблема: принципиальная невозможность объяснить
эмпирические данные по спектру теплового излучения черного
тела в рамках существовавших термодинамики и электродинамики.
Играя формулами, Планк вводит постоянную планка h. Начинаются
попытки с помощью такого хода решить другие нерешенные задачи
из разных областей физики.
• Из теории фотоэффекта (Эйнштейн 1905), усиленного тезисом
ДеБройля (1922) возникает проблема корпускулярно-волнового
дуализма. Решая различные спектроскопические задачи и задачи
рассеяния в 1925-27 гг., В. Гейзенберг, Э. Шредингер, М.Борн,
Н.Бор и др. создают основания (ЯРН) «новой» квантовой механики,
которая (через постулаты Борна) вводит вероятностное описание и
решает проблему описания корпускулярно-волновых объектов.
Философские "проблемы"
квантовой механики
• Из-за 1) быстроты и сложности процесса формирования
оснований квантовой механики и 2)господства позитивизма
и лаплассионизма в среде физиков, ни физиками, ни
философами науки не было дано адекватной рефлексии того,
что произошло в 1925-27 гг. В результате возникли (по
Попперу) три семейства интерпретаций (точнее парадигмы)
квантовой механики. Это противостоящие друг другу
«боровская» («копенгагенская») и «эйнштейновская»,
генерировавшая «парадоксы» квантовой механики. Отсюда
родился миф об особой роли наблюдателя (и/или его
сознания) в квантовой механике, который продолжает
интенсивно обсуждаться в философии квантовой механики.
• Третья интерпретация приписывается «работающим
физикам», которые создают теории и не обращают
внимание на это обсуждение (как правило, даже не
зная про «парадоксы»). И они правы, поскольку в
1925-27 гг. были сформулированы необходимые
основания квантовой механики («новой»,
современной), где нет ни «парадоксов» (они
существуют только для «копенгагенцев»), ни особой
роли наблюдателя (подробнее см. мою статью в
«Вопросы философии», 2010 (4)).
1) Есть непонятное явление
надо построить его теорию (ВИО)
•
Сверхпроводимость. 1)В 1911 году голландский физик Камерлинг-Оннес обнаружил, что при
охлаждении ртути в жидком гелии её сопротивление при температуре 4,15 К резко падает до нуля.
2)Исследуя различные возможности объяснения свойств сверхпроводника, особенно эффекта
Мейснера, немецкие учёные, работавшие в Англии, Г. и Ф. Лондоны (1934) пришли к заключению,
что сверхпроводящее состояние является макроскопическим квантовым состоянием металла. На
основе этого представления они создали феноменологическую теорию, объясняющую поведение
сверхпроводников в слабом магнитном поле. 3)Обобщение теории Лондонов, сделанное
Гинзбургом и Ландау (1950), позволило рассмотреть вопросы, относящиеся к поведению
сверхпроводников в сильных магнитных полях. 4) Около 1950 г. были проведены исследования
сверхпроводимости у металлов, обладающих несколькими изотопами. Оказалось что критическая
температура, при которой изотоп становится сверхпроводящим, обратно пропорциональна атомной
массе изотопа. Это наблюдение привело Бардина к мысли, что свойство сверхпроводимости зависит
от взаимодействия электронов с колебаниями атомов. В 1956 г. к группе присоединился Купер,
который за короткое время показал, что взаимодействие между электронами и кристаллической
решеткой порождает связанные пары электронов (куперовские пары). Основываясь на этом
открытии, аспирант Иллинойского университета Дж. Шриффер, который также работал под
руководством Бардина, разработал метод анализа движений большого числа пар
взаимодействующих электронов. За месяц он, Бардин и Купер обобщили модель Шриффера, создав
тем самым общую теорию сверхпроводимости. Названная БКШ-теорией
1) Новое явление типа парадокса
• Эмпирический эффект: электронный
парамагнитный резонанс (ЭПР) в жидком
кислороде, но в жидкости, в отличие от
разреженных газов, линии очень широкие и
спектра ЭПР не должно быть. Выбираю два
известных для газов эффекта сужения линии
ЭПР. Преодолеваю трудности доведения
молекулярной модели до считаемой.
Получаю результат.
1) Просто новое явление
• Эмпирический эффект: относительно сильная зависимость
скорости звука от величины магнитного поля в магнитной
жидкости (очень мелкий порошок ферромагнетика в масле).
Это ничему не противоречит, но надо построить
теоретическую модель, чтобы понять насколько этот эффект
может быть быстрым и как этого добиться. Строю модель,
исходя из базовых (первичных) идеальных объектов
гидродинамики, акустики и молекулярной физики (т.е.
максимально глубокую, а не на основе метода акад. Седова,
как делали в МГУ и др.). Преодолеваю трудности доведения
модели до считаемой. Получаю результат.