философия физики

ФИЛОСОФИЯ ФИЗИКИ — одна из центральных областей философии естествознания, занятая вопросами строения и функций физико-математических теорий, фундаментальными понятиями наук о неживой природе (пространство, время, масса, сила, энергия и т.д.), осмыслением социальной и культурной роли физики, ее места в науке.

Ф. ф., как область философии науки, амбивалентна. В ней присутствует как философское, так и физико-теоретическое начало. Как философия, Ф. ф. разрабатывает ту или иную философскую концепцию, задействует ту или иную философскую традицию. В качестве физики она решает ту или иную задачу, правда задачу достаточно общую, касающуюся концептуальных оснований физического знания. Если в Ф. ф. оказывается слабым философское начало, она вырождается в популярную литературу по физике; если в ней нет продвижения в понимании физики, она становится натурфилософией и схоластикой.

Ф. ф. сложилась в трудах Э. Маха, А. Пуанкаре, П. Дюгема и ряда др. позитивистски ориентированных ученых (конец 19 — начало 20 вв.). Мах вместе с рядом др. физиков второй половины 19 в. был обеспокоен основаниями механики и статусом этой теории в естествознании. Хотя механика к этому времени сложилась в высоко математизированный и высокоэффективный раздел физики, ее концептуальные основания оставались запутанными и туманными. Не было ясности с понятиями силы, пространства и движения. С развитием термодинамики и электродинамики встал вопрос об универсальности механического объяснения. Философский идеал Маха — «описание фактов... в их элементах» (Мах Э. Анализ ощущений и отношение физического к психическому. М, 1908. С. 275) — вел его к идее науки как описания эмпирически данного. Решение концептуальных проблем механики Мах видел в изложении этой теории в виде «системы опытных принципов и математических определений» (Мах Э. Механика. Историко-критический очерк ее развития. М., 2000. С. 214. Первое издание — 1884). Его философская позиция была поддержана и развита Дюгемом, К. Пирсоном и др. Под ее влиянием находился А. Эйнштейн в период создания специальной теории относительности, М. Борн и В. Паули в период, непосредственно предшествующий появлению новой квантовой механики (период острой критики старой квантовой теории Бора—Зоммерфельда). Первая статья по новой квантовой механике — статья В. Гейзенберга (1925) — формулирует маховский идеал эмпирического описания в качестве исходной установки: «В этой работе предпринимается попытка получить основы квантовотеоретической механики, которые базируются исключительно на соотношении между принципиально наблюдаемыми величинами» (Успехи физических наук. Т. 122. 1977. С. 574).

Хотя впоследствии установка на принципиальную наблюдаемость была сильно смягчена, ее эвристическая роль в разработке новой квантовой механики неоднократно подчеркивали сами создатели этой теории. Придерживаясь несколько иных, нежели Мах, философских установок, Пуанкаре открыл своими исследованиями ряд работ, касающихся роли эквивалентных описаний в структуре физической теории. К Пуанкаре восходят также работы, касающиеся природы абстрактных физико-математических пространств (Р. Карнап, Г. Рейхенбах, А. Грюнбаум, Б. ван Фраассен и др.).

Г. Гельмгольц опубликовал ряд работ по теории физических измерений (см. Hemholtz H. Zahlen und Messen // Philosophishe Aufsatze Eduard Zeller gewidmet. Leipzig, 1887). Эта тема была продолжена в Ф. ф. Махом, нем. математиком И. фон Нейманом, амер. физиком П. Бриджменом (см. «Логика современной физики»), советским физиком Л.И. Мандельштамом, амер. философами П. Суппесом, К. Глюмором, ван Фраассеном и др. Развитие теории измерений стимулировалось проблемами интерпретации теории относительности и квантовой механики (см. Интерпретация).

Дж.К. Максвелл, с одной стороны, и Дюгем, с др., высказывали диаметрально противоположные точки зрения на роль механических моделей в физике. Моделирование также стало одной из тем Ф. ф. Во второй половине 19 в. вопрос о моделировании в физике ставился в связи с оценкой образной функции математики и переосмыслением вопроса о природе теоретического знания.

В первой половине 20 в. Ф. ф. развивалась в русле неопозитивистского движения за прояснение структуры знания и освобождения его от «метафизики» (Карнап, Райхенбах, Бриджмен, Г. Маргенау, К. Гемпель и др.). В этой связи развернулись исследования по аксиоматическому построению физических теорий. Эти исследования стимулировались шестой проблемой Гильберта, касающейся аксиоматизации физики и теории вероятностей, а также впоследствии аксиоматическим направлениям в квантовой теории поля. Кроме того, Ф. ф. внесла вклад в формулирование модели физической теории, которая впоследствии получила название стандартной. Это версия гипотетико-дедуктивной модели, трактующая теорию как эмпирически интерпретированный формализм (в духе формалистической программы обоснования математики). К середине 20 в. выкристаллизовывается следующая проблематика, относящаяся к Ф. ф.: 1) структура физической теории, 2) понятия пространства и времени в связи со специальной и общей теориями относительности, 3) вероятность в классической и квантовой физике, 4) причинность и физическая реальность в связи с формулированием и развитием квантовой теории, 5) редукция химии и биологии к физике (Ф. Франк, Р. фон Мизес, Э. Нагель, Р. Брейтвейт и др.). Во второй половине 20 в. получает развитие проблема математического моделирования в физике и астрофизике, становится отчетливым противостояние копенгагенской интерпретации квантовой механики, которая получает название ортодоксальной (поскольку присутствует в основных учебниках по этой дисциплине — Л. Д. Ландау и Е.М. Лифшица, Д. Бома, А. Мессиа), и др. (неортодоксальных) интерпретаций; обозначаются философские вопросы квантовой электродинамики и теории поля.

Строение физической теории примерно до середины 1960-х обсуждалось в рамках гипотетико-дедуктивного или «стандартного» (утонченная версия гипотетико-дедуктивного) подхода. Вышедшая в 1927 «Логика современной физики» Бриджмена поставила во главу угла этих дискуссий понятие операционального определения. В книгах и статьях амер. философа Маргенау операционализм вводится в контекст более широкой точки зрения. Физическая теория рассматривается им как совокупность конструктов, определенных в системе постулатов теории. Следуя П.А.М. Дираку, Маргенау выделяет три типа конструктов: системы, состояния и наблюдаемые (физические величины). Он различает конститутивные и эпистемические правила соответствия. Конститутивные определяют одни конструкты при помощи др. конструктов. Эпистемические (к ним, в частности, относятся операциональные определения) соотносят конструкты с данными опытами.

Гипотетико-дедуктивный подход к строению теоретического знания помог пояснить роль математики в физике. Поскольку дедуктивная работа осуществляется в физике математикой, физическая теория оказывается, по сути, математической схемой, обладающей эмпирической интерпретацией. Кроме эмпирической, эта схема имеет также семантическую интерпретацию или модель (напр., модель газа «биллиардных шаров» в классической статистической механике), которая выполняет вспомогательную, поясняющую функцию.

К 70-м гг. 20 в. популярной становится «структуралистская» (в рос. терминологии) модель научной теории, выдвигаемая в различных вариантах Суппесом, Дж. Снидом, В. Штегмюллером, ван Фраассеном. Эта модель восходит к аксиоматизациям путем определения теоретико-множественного предиката (напр., аксиоматизация классической механики точки в статье: McKinsey /., Sugar К.С., Suppes P. Axiomatic Foundations of Classical Particle Mechanics // Journal of Rational Mechanics and Analysis. Vol. 2.1953. P. 253). «Структуралистский» подход позволяет полнее выявить функцию математики в физике. Если при гипотетико-дедуктивном подходе на первый план выходит дедуктивная функция математики в физике, то при «структуралистском» подходе — концептуальная функция: в физической теории выделяют математическое пространство, уравнения движения, теоретико-групповые симметрии и соответственно инварианты.

Изучение симметрии, заложенных в физическую теорию, началось еще в довоенные годы в связи с интерпретацией теории относительности. В 1966 вышла книга Н.Ф. Овчинникова «Принципы сохранения», в которой прослежена взаимосвязь «симметрия—сохранение» в структуре физической теории. В историко-научной книге В.П. Визгина прослежено формирование структуры физической теории, которую автор называет нетеровской (по имени Э. Нетер (Е. Noether), установившей теорему, связывающую три компонента физической теории — уравнения движения, принципы сохранения и принципы симметрии) (Визгин В.П. Развитие взаимосвязи принципов симметрии с законами сохранения в классической физике. М., 1972). Этот вопрос находит также отражение в работах ван Фраассена (см.: Van Fraassen В. Laws and Symmetry. Oxford, 1989; Quantum Mechanics. An Empiricist View. Clarendon, 1991).

Гипотетико-дедуктивному подходу противостоял не только структуралистский. В 1976 B.C. Стёпин, реализуя деятельностный подход к познанию, выдвинул модель физической теории, трактующую эту теорию в ее динамике. Стёпин отличает от математического аппарата теории «фундаментальную теоретическую схему», систему абстрактных объектов теории, которая в ходе построения этой теории оказывается посредствующим звеном между «картиной мира», принимаемой в данной области знания, и экспериментом, из которого исходит теоретизирование.

В 1980-х под руководством И.С Алексеева и Н.Ф. Овчинникова стала издаваться серия книг «Методологические принципы физики». Идея состояла в том, чтобы, в противовес позитивистски ориентированной философии науки, выделить совокупность положений, находящихся на границе физики и философии — принципов наблюдаемости, сохранения, симметрии, соответствия; а также таких философских положений — принцип простоты, принцип единства знания, — которые выполняют эвристические функции при формировании физических теорий. При этом предполагался исторический подход, показывающий конкретные познавательные ситуации, складывающиеся в науке.

Ф. ф. развивалась как профессиональными философами, так и профессиональными физиками. При этом часто по содержанию текста трудно даже сказать, кто его написал — физик или философ. Для понимания дискуссий по проблемам пространства, времени, физической реальности, детерминизма существенны философские эссе Эйнштейна, Н. Бора, М. Борна, В. Гейзенберга, Э. Шредингера, В. Паули, В.А. Фока, Д. Бома, Р. Фейнмана, Г. Хакена и др. крупных физиков. При этом Гейзенберг, Борн, Е. Вигнер, В. Вайскопф, Дж. Белл, Р. Пенроуз и ряд др. физиков опубликовали специальные книги по Ф. ф.

Уже упомянутые выше работы Алексеева, Овчинникова, Стёпина и др. показывают тесную связь Ф. ф. с историей этой науки. Эта связь стала особенно заметной с развитием социальной истории науки (последние десятилетия 20 в.). В книге Л. Стюарта показано, как развитие «военно-промышленно-академического комплекса» сказывалось на структуре физического знания и на соотношении физики с техникой (Stuart W. Leslie. The Cold War and American Science. N. Y., 1993). В книгах П. Г а л и с о н а развитие теоретической физики обсуждается в терминах культуры экспериментирования, обусловленной материальной и духовной культурой общества.

А.А. Печёнкин

Лит.: Гносеологические аспекты измерений. Киев, 1968; Карнап Р. Философские основания физики. М, 1971; Овчинников Н.Ф. Принципы сохранения. М., 1966; Методологические принципы физики: История и современность. М., 1986; Печёнкин А.А. Есть ли у нас философия физики? // Физическое знание: Генезис и развитие. М., 1993; Стёпин B.C. Становление научной теории. Минск, 1976; Физическая теория. М., 1980; Философские вопросы физики элементарных частиц. М., 1964; Margenau H. The Nature of Physical Reality. N.Y., 1950; Frank F. Das Kausalgezetz und seine Grenzen. W., 1932; Hanson N. R. A Concept of Positron: A Philosophical Analysis. Cambridge, 1963; Holton G. Thematic Origins of Scientific Thought: From Kepler to Einstein. Cambridge, Mass., 1973; Tian Yu Cao. Conceptual Developments of 20^th Century Field Theory. Cambridge, 1997; Cartwright N. How the Laws of Physics Lie. Oxford, 1983; Galison P. How Experiments End. Chicago, 1987.