Молекулы состоят из атомов, атомы из элементарных частиц. Но далее формула «состоит из…» становится неприменима. Уже при переходе от ядерного уровня к субъядерному нарушается один из принципов системности: система должна быть сложнее своих элементов. Но элементарные частицы обнаруживают большую сложность, чем ядра или атомы. Субъядерный уровень необычайно богат и разнообразен. Частицы обладают множеством необычных свойств, характеристик. Некоторые частицы живут так мало, что успевают пролететь лишь радиус ядра. Другие частицы оказались тяжелее атомов.
В микромире нарушается и другой признак системности: масса системы равна сумме масс всех элементов. Например, частица может распадаться на две другие частицы, которые нельзя считать частями или элементами исходной. Масса дочерних частиц также велика или даже больше массы исходной. Ещё один признак системности: элементы сохраняют в составе системы свою качественную определённость. Но если две частицы соединяются и образуют новую, они не сохраняются в её составе. Исходные частицы исчезают, порождая новую. Трудности в определении иерархии микрообъектов привели к возникновению теории бутстрапа (другие названия – теория «шнуровки» или «ядерной демократии»). Следует кратко охарактеризовать суть этой теории.
Т.о. оказалось необычайно трудным выделить простейшие элементы, из которых бы составилось всё многообразие природы. Уровень элементарных частиц даже более многообразен и сложен, чем уровень атомов. И всё таки стандартная модель физики элементарных частиц выделяет из этого разнообразия несколько объектов, которые на данный момент представляются истинно элементарными, несводимыми к другим объектам: 6 видов лептонов и антилептонов, кварки и антикварки, переносчики взаимодействий (кванты полей). Но проблема элементарности в науке остаётся открытой. Последние четыре десятилетия ведётся работа над теорией струн, в рамках которой все известные частицы могут быть представлены как проявление колебаний ещё более мелких объектов – одномерных струн. Характер колебания струн (амплитуда, частота, натяжение струны) определяет свойства частицы – массу, заряд, спин. Если существование струн будет доказано, станет ли этот уровень пределом делимости материи? Существует ли такой предел? На данный момент перспектива бесконечной делимости материи приводит к противоречию между квантовой механикой и ОТО, согласно которому на сверхмалых расстояниях сверхсильные флуктуации гравитационного поля могут приводить к разрывам пространства и времени.
Ещё в начале ХХ века Ленин высказал идею о неисчерпаемости материи вглубь, о том, что открытый тогда электрон также неисчерпаем как и атом. Эту неисчерпаемость следует понимать не как возможность бесконечного деления материи. Ленин писал о бесконечности процесса познания, о бесконечном углублении знаний, о временности любых вех в этом процессе. Современная физика подтверждает ленинский тезис о неисчерпаемости материи вглубь. Возможность открывать в экспериментах всё новые частицы в настоящее время представляется неисчерпаемой. Открываются новые, всё более удивительные свойства микрообъектов, открывается сложная структура частиц, считавшихся элементарными.
Проблема единства мира и перспективы создания «теории всего»
Во все времена философы и естесвоиспытатели не оставляли попыток создать «теорию всего». Но теории, претендовавшие на такую роль, всегда оказывались ограниченными. Так было с классической механикой, с электродинамикой и другими теориями. Каждый раз оказывалось, что учёные абсолютизировали свои знания, упрощённо представляли материю, принимали часть за целое, сводили бесконечно многообразное к частному и конечному. Вопрос о принципиальной возможности создания единой теории Вселенной остаётся открытым. Такая теория стала бы физическим подтверждением философского принципа материального единства мира. Создание законченной теории мира противоречит диалектико-материалистическому принципу неисчерпаемости материи и бесконечности процесса познания. А создание теории, объединяющей все знания науки на данном этапе развития, не вступает в противоречие с этим принципом. Такая теория стала бы обобщением знаний современной науки, но не исключала бы дальнейшее развитие этих знаний.
Далее в ответе необходимо раскрыть этапы становления единой теории поля. Её суть в том, что все существующие поля и взаимодействия воспринимаются как проявления единой сущности, единого универсального взаимодействия. В философии диалектика сущности и явления состоит в том, что сущность в зависимости от условий обнаруживает себя в различных явлениях, а любое явление существенно, т.к. выступает проявлением некоторой сущности. Эти диалектические взаимосвязи и реализуются в искомой теории поля. Единое, универсальное взаимодействие в различных условиях, т.е. в разных пространственно-временных интервалах и в разных областях энергии проявляет себя то как слабое взаимодействие, то как электромагнитное и т.д. Грандиозность создаваемой теории определяется тем, что она должна охватить не только частицы, переносящие взаимодействия, но и вообще все частицы, а также такой странный физический объект как вакуум. В ответе следует показать вклад Дж. Голдстоуна и П. Хигса в познание природы вакуума.
На пути создания единой теории возникает множество трудностей. Пока не удаётся включить в эту теорию гравитационное взаимодействие, настолько сильно его природа отличается от других взаимодействий. Эту трудность в настоящее время пытаются преодолеть в рамках теории струн. Теория струн предполагает возможность сближения квантовой механики и общей теории относительности и включения гравитации в единую «теорию всего». Впрочем, пока не существует даже единого теоретического подхода к решению этих задач, не говоря уж об экспериментальной проверке.
Поиск единой «теории всего» ведёт к кардинальным изменениям физической картины мира. Эти изменения имеют огромное мировоззренческой значение и поэтому их обсуждение имеет как физическую так и философскую составляющую. Не прекращаются попытки идеалистически истолковать новейшие открытия, представить материальные частицы и взаимодействия лишь математическими абстракциями, проявлением идеальных законов, симметрий, формул. В XIX веке идеалисты утверждали, что материя растворяется в энергии, в начале ХХ века выводили материю из пространства и времени, в конце ХХ века пришли к выводу, что материя выступает проявлением математических формул единой теории поля. Каждый раз идеалисты отрывали свойства материальных объектов и процессов от их материальной основы, не замечали материю за математикой.
Такие теории, отрывающие количественные характеристики предметов от самих предметов, берут начало ещё в философии Пифагора. Но и в наше время они выглядят лишь абстрактными теориями, не находящими подтверждения. Новая онтология, создаваемая современной физикой, является уточнением уже сформировавшейся философской материалистической картины мира. Открытия физики обогащают философскую картину мира, подтверждают принципы диалектического материализма, раскрывают единство, взаимосвязи и развитие природы.
Представления о пространстве и времени в физике и философии
Любой физический процесс разворачивается в пространстве и времени, любое тело имеет пространственные характеристики. Поэтому категории «пространство» и «время» играют важную роль в построении физической картины мира. И это сближает физику с философией. В философии выделяются два подхода к определению онтологического статуса пространства и времени, к определению характера связи между материей, пространством и временем (далее – П-В). Субстанциальная концепция исходит из того, что П-В являются самостоятельными субстанциями, существующими независимо от материи. Следовательно, все свойства П-В носят абсолютный характер. Реляционная концепция утверждает, что П-В являются характеристиками материальных тел и процессов и не существуют без них. Следовательно, свойства П-В носят относительный характер и зависят от выбора системы отсчёта.
В истории философии обе концепции находили своих сторонников. В истории физики до начала ХХ века господствовала субстанциальная концепция, лежавшая в основе классической механики. Далее в ответе следует раскрыть представления о П-В, свойственные классической механике.
Во второй половине XIX века фундаментальные изменения в естествознании нашли отражение в диалектико-материалистической философии. Принципы диалектического материализма подтверждались всё новыми и новыми открытиями. Согласно принципу материального единства мира единственной субстанцией является материя. Ничто не может существовать отдельно и независимо от неё. Следовательно, П-В не могут быть самостоятельными субстанциями, а являются характеристиками материи, всеобщими формами существования материи. Форма – это способ существования содержания. П-В, являясь всеобщими формами, характеризуют упорядоченность материи. Пространство – это порядок одновременного сосуществования материальных объектов. Время – порядок смены событий, последовательность состояний. Следовательно, свойства П-В могут быть разными, в зависимости от характера материальных процессов. Физическим обоснованием диалектико-материалистических представлений о П-В стала теория относительности А. Эйнштейна. В ответе необходимо раскрыть этапы становления теории относительности и её основные положения.
Таким образом, в 20 веке победил диалектико-материалистический подход к П-В. Исчезает представление об абсолютных П-В, единых для всей Вселенной. Взамен появляется представление о бесконечном множестве материальных тел, с каждым из которых связано собственное П-В. Это значит, что П-В не существуют отдельно от материи, а являются характеристиками материальных тел и процессов, формами существования материи.