Материя как научная проблема

В науке научная проблема возникает при наличии противоречивой ситуации, которая выступает в виде противоположных позиций в объяснении каких-либо явлений, объектов, процессов и требующая адекватной теории для её разрешения. Важной предпосылкой успешного решения проблемы служит её правильная постановка.

Постановка научной проблемы и начинается с фиксации противоречия. При этом противоречие здесь возможно двух видов: эмпирическое и теоретическое.

В первом случае, мы обнаруживаем, указываем на некий факт (совокупность фактов), которые не могут получить удовлетворительного объяснения в рамках существующих теорий. В данном случае мы должны найти способ описать факт на языке той или иной теории. Создать интерпретацию, которая «примирила» бы факт и теоретическую концепцию. Наличие теоретической концепции (базовой теории), в рамках которой данный факт или группа фактов получают объяснение – обязательный элемент постановки научной проблемы. Само по себе явление действительности фактом не является.

Факт – это явление действительности, осмысленное с позиции какой-либо науки. Важнейшим этапом решения зафиксированной проблемы выступает выдвижение гипотез. Гипотеза («основание», «предположение») – недоказанное утверждение, предположение или догадка. Как правило, гипотеза высказывается на основе ряда подтверждающих её наблюдений (примеров), и поэтому выглядит правдоподобно.

Гипотезу впоследствии или доказывают, превращая её в установленный факт, или же опровергают (например, указывая контрпример), переводя в разряд ложных утверждений. Недоказанная и неопровергнутая гипотеза называется «открытая проблема».

На примере темной энергии можно проиллюстрировать рождение гипотезы, установление научного факта, формирование «открытой проблемы». Тёмная энергия (англ. dark energy) в космологии – феномен, объясняющий факт, что Вселенная расширяется с ускорением. Таким образом, ускорение расширения Вселенной – факт, который был установлен на основе наблюдательных данных (наблюдения сверхновых звёзд типа Ia). На основании новых наблюдений, свидетельствующих об ускорении расширения, было постулировано существование неизвестного вида энергии с отрицательным давлением, которую назвали темной энергией (открытая проблема). Ускоренное расширение Вселенной были подкреплены другими источниками: измерениями реликтового излучения, гравитационного линзирования, нуклеосинтеза Большого Взрыва. Все полученные данные хорошо вписываются в лямбда-CDM модель (современная стандартная космологическая модель). За открытие ускоренного расширения Вселенной (было открыто в 1998 году) вручили Нобелевскую премию по физике за 2011 год. Тёмная энергия есть космологическая константа – неизменная энергетическая плотность, равномерно заполняющая пространство Вселенной (другими словами, постулируется ненулевая энергия и давление вакуума). Самое простое объяснение заключается в том, что тёмная энергия – это просто «стоимость существования пространства»: то есть любой объём пространства имеет некую фундаментальную, неотъемлемо присущую ему энергию. Тёмная энергия также должна составлять значительную часть так называемой скрытой массы Вселенной.

Тёмная материя в астрономии и космологии – форма материи, которая не испускает электромагнитного излучения и не взаимодействует с ним. Известно, что тёмное вещество взаимодействует со «светящимся» (барионным), по крайней мере, гравитационным образом. Это свойство данной формы вещества делает невозможным её прямое наблюдение. Однако возможно обнаружить присутствие тёмной материи по создаваемым ею гравитационным эффектам.

Обнаружение природы тёмной материи поможет решить проблему скрытой массы, которая, в частности, заключается в аномально высокой скорости вращения внешних областей галактик. Тёмная материя состоит из обычного, барионного вещества, по каким-либо причинам слабо взаимодействующего электромагнитным образом и потому не обнаружимого при исследовании, к примеру, линий излучения и поглощения. Природа полей, создающих темную энергию, и состав частиц темной материи, до сих пор не выяснены [5, c.4].

1.6.5. Время как предмет изучения философии и науки

Время – форма протекания физических и психических процессов, условие возможности изменения. Это одно из основных понятий философии и физики, условная сравнительная мера движения материи, а также одна из координат пространства-времени, вдоль которой протянуты мировые линии физических тел.

Рисунок 28 – Время – одно из основных понятий физики и философии

1.6.5.1 Операциональный подход в изучении времени

Основоположник операционализма П. Бриджмен определил его следующим образом: «Мы понимаем под каким-либо понятием не более чем совокупность операций. Понятие (concept) синонимично с известной совокупностью операций». Мы поясним концепцию операционализма на примере. Что означает понятие «время»? В толковом словаре Вебстера, например, время определяется как «период», а сам «период» – как «время». Это не определение, а порочный круг. Чтобы дать содержательное определение времени, нужно указать, как его можно измерить. Иными словами, время определяется операцией его измерения» [59].

Распространение этого положения на все физические величины и называется операционализмом. Без операционалистского подхода невозможно было создать ни теорию относительности, ни квантовую механику. Возвращаясь к понятию времени, заметим, что оно измеряется с помощью часов. Естественными часами является вращающийся земной шар.

Рисунок 29 – Вращение Земли как единица измерения времени

За единицу времени – секунду – принимается промежуток времени, в течение которого Земля сделает 1/86400 часть оборота вокруг своей оси. Из этого определения, в частности, следует, что вопрос «Вращается ли Земля равномерно?» бессмыслен, ибо время определяется вращением Земли.

Ученые научились работать с некоторыми естественными осцилляторами, которые являются более точными стандартами времени, чем вращение Земли. Это так называемые «атомные часы». В основе их лежат колебания атомов, период которых нечувствителен к температуре и другим внешним воздействиям. Эти часы позволяют измерять время с точностью, лучшей равномерного.

Вращение Земли вокруг ее оси мало-помалу замедляется. Это происходит из-за приливного трения. Таким образом, вопрос о том, вращается ли Земля равномерно, не является бессмысленным, как это утверждают операционалисты. Время не сводится к какому-нибудь конкретному измерительному прибору, даже такому точному, как вращающийся земной шар. Время – это более глубокая сущность; она бессодержательна, если не указать способа ее измерения, но она и не сводится только к способу измерения.

Прежде всего, время характеризуется своей однонаправленностью (Стрела времени). Ось времени, временная ось (именуемая также в контексте термодинамики стрелою времени) – концепция, описывающая время как прямую (то есть математически одномерный объект), протянутую из прошлого в будущее. Из любых двух несовпадающих точек оси времени одна всегда является будущим относительно другой.

Рисунок 30 – Стрела времени

В 1948 году Ричард Фейнман разработал математический подход к квантовой теории, в котором античастица рассматривалась как частица, движущаяся обратно во времени.Теория одноэлектронной Вселенной – гипотетическая модель Вселенной, в которой все электроны являются одним электроном, находящимся попеременно в разных точках пространства. Из этой теории следует электронейтральность Вселенной. По этой теории число электронов должно быть или равным числу позитронов или отличаться на единицу. Однако во Вселенной количество электронов преобладает над количеством позитронов (вот почему, когда Уилер описал свою гипотезу, Фейнман сразу же спросил его: «Но, профессор, вокруг нас нет столько позитронов, сколько электронов». «Хорошо, – парировал Уилер, – может быть, они скрываются в протонах или ещё в чём-нибудь»).

1.6.6. Квантовый Телепортатор. Квантовая природа сознания

Возможности путешествия в пространстве-времени рассматривают с помощью квантового телепортатора. Квантовая телепортация не передаёт энергию или вещество на расстояние. Обязательным этапом при квантовой телепортации является передача информации между точками отправления и приёма по классическому, неквантовому каналу, которая может осуществляться не быстрее, чем со скоростью света, тем самым не нарушая принципов современной физики.

Рисунок 31 – Путешествие во времени – вечная мечта человека

Фантастическое понятие телепортации происходит из специфичной интерпретации эксперимента: исходное состояние частицы A после всего произошедшего разрушается. То есть состояние было не скопировано, а перенесено из одного места в другое.

Порталы – чаще всего используются в фентези, и фентези-играх как один из элементов быстрого перемещения по местности. Могут быть природными и созданными искусственно – они представляют собой участок пространства, топология которого позволяет перемещаться на большие расстояния или даже в другой мир или вселенную, трудности квантовой телепортации обусловлены также тем, что даже если оригинал постепенно уничтожается в ходе считывания, он именно уничтожается, так как разрушается динамическая структура мозга (динамика химических реакций), то есть жизнь, также согласно квантовой теореме о запрете клонирования, невозможно создать идеальную копию произвольного неизвестного квантового состояния (в данном случае, суммы состояний атомов и ионов живого мозга).

Рисунок 32 – Путешествие в пространстве-времени – ведущая тема писателей-фантастов

Поэтому если рассматривать маргинальную гипотезу квантовой природы сознания, то возможно, что дублирование сознания невозможно, хотя, если квантовые процессы не слишком существенны для сознания, то достаточно будет и неточного копирования, равно как и в случае, если они для него вообще несущественны.

Рисунок 33 – Цифровой мозг

Также существуют неразрешимые пока на практике парадоксы в близких к «телепортации по лучу» областях: «обратимой смерти» (например, при сохранении мозга методами крионики, однако, пока неизвестно, возможно ли оживление после этого) и преемственности жизни оригинала, разрушенного в результате считывания, но затем восстановленного даже из физически сохранённых (в специальной ёмкости) ранее составлявших его атомов.

Лем всё-таки делает вывод, что «продолжение существования определяется не количеством аналогичной информации, а «генидентичностью» (то есть единством генезиса) динамической структуры мозга даже при значительных её изменениях в течение жизни человека». Вопросы аутентичности неотличимой копии не имеют смысла в контексте собственности на перемещаемый не живой предмет, так как неотличимая копия есть адекватная замена. Не имеют они смысла и в научном контексте. Квантовый же запрет на клонирование можно обойти за счёт того, что частица оригинала в идентичном состоянии к моменту создания копии уже не существует. Но при перемещении живых организмов эти же вопросы становятся важными этическими и философскими проблемами. Что такое телепортация транспортным лучом? Перемещение? Или убийство и копирование?

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ К ТЕМЕ

1. Исторические подходы к онтологической проблематике.

2. Особенности развития онтологии в ХХ в.

3. Представления о материи в современной науке.

4. Проблема пространства и времени: научный и философский подходы.

5. Пути развития современной онтологии.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ К