О. В. Шарыпов

О РОЛИ ПЛАНКЕОННОЙ КОНЦЕПЦИИ В ФОРМИРОВАНИИ
ОСНОВ ЕДИНОЙ ФУНДАМЕНТАЛЬНОЙ ТЕОРИИ

Признание объективности мира как связного целого влечет за собой необходимость единого общего взгляда на природу. До настоящего времени в физике не удается создать теорию, объединяющую описание квантовых и гравитационных эффектов, хотя необходимость подобной единой физической теории в целом является общепризнанной. По-видимому, нерешенность возникающих при этом проблем (типа квантования гравитационного поля) связана с несостоятельностью подходов, не использующих новые идеи, с недопониманием сущности необходимой объединительной платформы [11]. Этим определяется актуальность методологических исследований, подготавливающих почву для становления постнеклассических физических теорий,  неизбежно выходящих за рамки аристотелевой логики и архимедовой (евклидовой) математики [12-14].

В 1989 г. А.Д.Сахаровым, Я.Б.Зельдовичем и др. было намечено научное направление, названное космомикрофизикой и являющееся междисциплинарной проблемой современной теоретической и экспериментальной физики [15]. Появление космомикрофизики – закономерный результат самостоятельного развития физики элементарных частиц и космологии, а цель – построение единой теории всех фундаментальных взаимодействий.

Важной методологической проблемой, связанной с созданием новой единой фундаментальной теории, является выбор “отправной точки” формирования новых представлений. В современной теоретической физике роль “связующего звена” между мега– и микромиром играет релятивистский квантово-гравитационный объект – планкеон (максимон, фридмон, геон [16-18]). С одной стороны, он служит пределом спектра элементарных частиц, а с другой – является черной дырой максимальной плотности (и минимального размера). Таким образом, планкеон в равной мере принадлежит к релятивистским квантовым и к релятивистским гравитационным объектам, что позволяет рассматривать его в качестве естественного отправного пункта развития космомикрофизики как новой фундаментальной теории, отражающей принцип материального единства мира.

В пользу этого взгляда свидетельствует, во-первых, “пограничное” положение планкеона “между” квантовыми и гравитационными объектами, позволяющее, сравнивая альтернативные описания процессов на планковских масштабах, делать выводы о лежащих в их основе универсальных закономерностях. В настоящее время именно планковская масса m_pl наряду с постоянной Планка h и скоростью света c рассматривается как фундаментальная величина, характеризующая энергетический масштаб теорий суперобъединения всех взаимодействий, включая гравитационное [19].

Во-вторых, планкеон на сегодня является физическим объектом, параметры которого определяются фундаментальными константами h, с и постоянной гравитационного взаимодействия G, входящими в набор инвариантов единой теории. Исходя из этого, планкеон следует рассматривать в роли материального носителя тех фундаментальных свойств, которые обеспечивают существование мировых констант, определяющих известные нам закономерности физического мира (hcG-принцип [1]).

В-третьих, в последние годы набрана “критическая масса” теоретических данных о планкеоне, которые позволяют начать формирование представлений об особенностях физической реальности на планковских масштабах. Эти представления, в свою очередь, могут служить ориентирами для внесения адекватных поправок в существующие частные теории, расширяя их рамки, а тем самым постепенно сближая их и в конечном счете объединяя на новой аксиоматической и логико-математической основе.

В планкеонной концепции [1-10] планкеону отводится место материального объекта с минимальным инвариантным размером l_pl, что означает его качественную выделенность: в отличие от известных вещественных объектов планкеон должен быть принципиально неразложим на составные части. Соответственно теряет смысл и понятие пространственной протяженности, меньшей размера планкеона. Тем самым l_pl с необходимостью приобретает смысл не просто минимального размера материального объекта, а “кванта” пространства, т.е. предельно малой (фундаментальной) длины [2].

Существование неразрывной связи свойств инвариантности и предельности соответствует внутренней логике, духу специальной теории относительности (СТО). Согласно СТО предположение об инвариантном размере объекта приводит к выводу о его лоренц-инвариантном покое, что качественно отличает планкеон от вещества и излучения (поля). Гипотетическая среда, состоящая из планкеонов, будет покоиться относительно любой ИСО. С одной стороны, подобная среда подходит на роль эфира, ответственного за распространение света с инвариантной скоростью c. С другой стороны, гипотеза о существовании планкеонного эфира влечет равноправность всех ИСО, поскольку все они, с какой бы относительной скоростью ни двигались, оказываются покоящимися в эфире, т.е. физически находящимися в заведомо равных условиях. Таким образом, можно заметить, что оба постулата СТО оказываются следствиями более основополагающего предположения о существовании фундаментальной длины [3, 4].

Отказ Эйнштейна от эфира в СТО [20, с. 461] был связан с тем, что мысль об эфире, который может покоиться одновременно в различных ИСО, представлялась абсурдом. Дело в том, что континуальные представления о пространстве и движении не дают возможности найти логически непротиворечивое решение этой проблемы. Но его обеспечивают представления о пространстве с минимальной длиной (и кванте времени), на которые опирается сама гипотеза о планкеонном эфире как новом виде материи [3, 4, 7]. В связи с этим необходим поиск новых представлений о структуре пространства-времени, взаимосвязи видов материи, кинематике объектов, а также создание адекватного математического аппарата, начиная с арифметики и геометрии [5, 6, 10].

Исследование структуры пространства-времени с фундаментальной длиной  уже не может полностью основываться на аристотелевской логике (с законом исключенного третьего типа “или–или”), поскольку обе существующие в рамках этой логики противоположные возможности (как дискретность, так и континуальность) не могут быть раздельно положены в основание новой парадигмы пространства-времени [4]. Гегелевская диалектика подсказывает, что новые физические представления, которые следует строить, должны содержать противоположные качества в единстве, например, как два разных предельных случая. Заметим, что мысль Гегеля применима не только к рассматриваемому здесь пространству-времени, но и к любой количественно выражаемой величине. Это положение тем более важно, что с принятием существования минимальной пространственно-временной протяженности все известные физические величины утрачивают главный атрибут своей континуальности (т.е. бесконечную делимость на все более малые составляющие).

Согласно принципу соответствия новые – “дискретно-непрерывные” – представления должны не только сводиться в пределе при  l_pl 0  к известным физическим теориям, построенным на основе континуальности пространства-времени, но и удовлетворять ряду свойств, характерных для случая чистой дискретности [5, 7].

Попытка построения кинематики в “дискретно-непрерывном” пространстве-времени предпринята автором совместно с В.В.Коруховым [4]. На основе представлений о существовании нового вида материи – планкеонного эфира нам удалось логически обосновать существование как инвариантного покоя, так и относительного движения. Предложенная модель микродвижения учитывает свойства изотахии, кекинемы и реновации [21], характерные для дискретного пространства-времени. Построение кинематики потребовало выработки новой арифметики для операций на множестве длин с конечным инвариантным минимальным элементом – актуальным нулем (l_pl> 0) [4] и обобщения множества действительных чисел [10].

Использование величины l_pl как актуального нуля множества длин позволило [4, 7] дедуктивно прийти к определенным выводам о свойствах пространства. В частности, обращает на себя внимание топологическая особенность планкеонного эфира как среды, которая не может быть охарактеризована какой-либо конечной мерностью [5, 7].

Нами показано [7], что, если учитывать только механические свойства, из “возбужденных планкеонов” за минимальное время 2l_pl/c может “возникнуть” (т.е. проявиться) минимальный вещественный объект размером 2l_pl, который с необходимостью будет трехмерным, что не запрещает формирования (за большее время) объектов с большим числом измерений. Количество измерений априори не ограничено, однако их проявление в динамике объекта должно быть связано с другими (некинематическими) свойствами. Тем самым открывается перспектива для онтологического обоснования модели единой теории всех взаимодействий, представляющей их в форме различных “пространственных” степеней свободы объектов. Анализируя в рамках геометрии свойства пространственно-временных объектов разных типов, можно в принципе попытаться объяснить и описать известные свойства элементарных частиц, например спин [10]. Данные представления обеспечивают прочное методологическое обоснование интуитивного движения ряда физиков-теоретиков к построению единой теории через введение новых “пространственных” измерений.

В рамках планкеонной концепции по-новому раскрывается связь временного и “пространственных” измерений. Если в кинематике минимальное время формирования вещественного объекта t_min = 2l_pl/c, то  при учете немеханических свойств это время может измениться (возрасти) [7]. Общие закономерности связи t_min с числом измерений, по–видимому, могут быть найдены лишь в результате создания соответствующей неевклидовой геометрии пространственно-временного многообразия на множестве с актуальным нулем [10].

Исходя из предположения о том, что планкеон обладает всеми физическими свойствами материальных объектов в непроявленной синкретической форме (потенциально), можно ожидать, что множества физических величин, связанных с дополнительными “измерениями”, должны аналогично времени и длине содержать минимальный инвариантный элемент – актуальный нуль, характеризующий планкеон [9].

Стало привычным, что передовые теории (в том числе физические), связанные с переходом на новый качественный уровень знания, находят для себя готовый адекватный математический аппарат из числа уже существующих математических конструкций. Примером может служить, в частности, СТО. В ситуации с построением единой теории это не так. Физика уже не только непосредственно стимулирует и направляет развитие существующих отраслей математики, но и указывает на актуальность совершенно не разработанных, как бы не замеченных математикой областей. Неудивительно, что алгебра и геометрия на множестве с актуальным нулем не изучались математиками даже на аксиоматическом уровне. Постнеклассические физические представления, связанные с планкеонным эфиром, открывают широчайшее поле деятельности для математики. Соответствующая исследовательская программа потребует обобщения понятий числа, угла, проекции, введения явной связи времени с различными “пространственными” измерениями, обобщения законов сохранения при переходах между “пространствами” различной мерности и многого другого, что необходимо для выражения количественных отношений и качественных характеристик, присущих новым физическим закономерностям [10]. Создание подобного математического и, в известной мере – физического, “задела” сыграло бы неоценимую роль в развитии постнеклассической науки, поскольку новые математические методы могли бы стать средством построения единой теории физической реальности.

Изложенные нами ранее [4, 7] новые базовые представления составляют планкеонную концепцию, обеспечивающую переход от позитивистской методологии феноменологических неклассических теорий через их онтологическое наполнение к диалектической по духу методологии. Эта концепция, в частности, призвана обеспечить принципиально новый гипотетико-аксиоматический подход к объяснению, описанию структуры элементарных частиц и излучения на основе универсальных закономерностей динамики элементарного планкеонного возбуждения в дискретно-непрерывном пространстве-времени.

Планкеонная концепция фактически является частью фундаментального теоретического исследования, проходящего, как правило, четыре основные стадии: 1) теоретическую программу; 2) теоретическую схему; 3) теоретическую гипотезу; 4) фундаментальную теорию [22, с. 46]. Под программой подразумевается система теоретических принципов, т.е. умозрительных принципов, позволяющих из множества возможных построений выбрать те, которые являются выражением фундаментальных теоретических законов. Один из таких теоретических принципов – инвариантность планковских величин. В содержании планкеонной концепции просматриваются и элементы теоретической схемы, понимаемой как система фундаментальных теоретических законов. Примером может служить новое выражение законов сложения, вычитания и прочих операций со значениями ряда физических величин, в частности, длин. Новые законы отличаются как по содержанию (содержат новые понятия, например, понятие актуального нуля множества), так и по форме (используют новое математическое определение арифметических действий).

Дальнейший прогресс в формировании теории состоит в дедуктивном развертывании схемы. Если дедуктивные следствия фундаментальных теоретических законов приводят к проверяемым на опыте предсказаниям, то эту стадию формирования теории называют теоретической гипотезой [22, с. 51]. Можно заметить, что планкеонная концепция в ее нынешнем виде содержит ряд дедуктивных следствий фундаментальных теоретических законов, допускающих эмпирическую проверку. В качестве примера достаточно сослаться на обоснование трехмерности пространства невзаимодействующих вещественных объектов, следующее из формулировки законов сложения и вычитания значений дискретно-непрерывных физических величин [7].

Таким образом, разрабатываемая планкеонная концепция отвечает методологическим принципам создания фундаментальной теории. В ее развитии отчетливо прослеживается путь от умозрительной концепции через выбор теоретических принципов и формирование перспективной теоретической программы (теоретической концепции) к разработке теоретической схемы, приводящей к эмпирически проверяемым предсказаниям. По ряду признаков планкеонную концепцию следует считать достигшей уровня теоретической гипотезы. Процесс этот на сегодня не является завершенным. Определенных интеллектуальных усилий требует как систематизация принципов (уровень формирования теоретической программы), так и получение полной системы фундаментальных теоретических законов (т.е. уровень разработки теоретической схемы).

Планкеонная концепция полностью соответствует методологическим принципам конкретно-научного уровня – принципам наблюдаемости, простоты и толерантности. Ее предельная простота подтверждается тем, что она, имея максимально широкую область применения, в то же время содержит минимальное число элементов, не поддающихся экспериментальной проверке (принципов, аксиом). Принципиально непроверяемым в ней, по-видимому, следует считать лишь существование “невозбужденного планкеона” [4]. Пары динамически соединенных планкеонов (диады) отвечают принципу косвенной наблюдаемости (понимаемому в смысле диалектического единства непосредственно наблюдаемого и ненаблюдаемого) и являются физическими конструктами с онтологическим смыслом (в силу того, что участвуют в объяснении предельно широкого круга фактов). Планкеон, все характеристики которого имеют инвариантные значения, олицетворяет и предопределяет максимально высокую симметрию (и, следовательно, наибольшую простоту) планкеонной концепции по сравнению с другими возможными подходами и аксиоматиками. Данная концепция не только не отвергает ни одной из признанных физических теорий, но и позволяет снять существующие противоречия между различными подходами, что свидетельствует о ее поистине идеальной (совершенной) толерантности.

Планкеонная концепция реальности призвана, “не умножая сущностей”, интегрировать все известные факты и результаты в единое целое, создавая основу для новой физической картины мира и соответствующей целостной системы знаний – космомикрофизики в соответствии с принципом всеобщего материального единства мира. В отличие от некоторых новейших физических теорий (например, теории суперструн и др.) планкеонная концепция не вводит так называемого набора новых “пустых терминов”, не имеющих онтологической нагрузки, но необходимых для составления аксиоматической системы в соответствии с правилами логики.

Сейчас пока еще трудно прогнозировать, как будут преодолены сложности, связанные с проверкой планкеонной концепции как теоретической гипотезы, т.е. с переходом от вероятного теоретического знания к достоверному – собственно фундаментальной теории, являющейся целью космомикрофизики. В то же время уже первое рассмотрение обоснованности возможного использования планкеонной концепции в качестве базы развития космомикрофизики как единой фундаментальной теории подтверждает глубокое соответствие данного подхода системе гносеологических методологических принципов постижения физической реальности (в их современной расширенной интерпретации [23]).

Литература

1. Корухов В.В. О природе фундаментальных констант // Методологические основы разработки и реализации комплексной программы развития региона. – Новосибирск: Наука, 1988. – С. 59–74.

2. Корухов В.В. К проблеме фундаментальной длины // Физика в конце столетия: теория и методология. – Новосибирск: Изд. Ин-та философии и права СО РАН, 1994. – С. 33–36.

3. Корухов В.В. Еще раз об эфире // Физика в конце столетия: теория и методология. – Новосибирск: Изд. Ин-та философии и права СО РАН, 1994. – С. 40, 41.

4. Корухов В.В., Шарыпов О.В. О возможности объединения свойств инвариантного покоя и относительного движения на основе новой модели пространства с минимальной длиной // Философия науки. – 1995. – № 1(1). – С. 38–49.

5. Корухов В.В., Шарыпов О.В. Место физического пространства в системе взаимосвязей материального мира // Гуманитар. науки в Сибири. – 1996. – № 1. – С. 79–85.

6. Корухов В.В., Шарыпов О.В. Онтологически ориентированный подход к пониманию бесконечного // Философия науки. – 1996. – № 1(2). – С. 27–51.

7. Шарыпов О.В. О формировании новой физической картины мира на основе планкеонной гипотезы // Философия науки. – 1995. – № 1(1). – С. 50–57.

8. Шарыпов О.В. Проблема метризуемости и математические концепции пространства и времени. – Новосибирск: Изд. Ин-та философии и права СО РАН, 1996. (Препринт).

9. Шарыпов О.В. Философско-методологическое обоснование планкеонной концепции как основы развития новой единой фундаментальной теории. – Новосибирск: Изд. Ин-та философии и права СО РАН, 1996. (Препринт).

10. Шарыпов О.В. Особенности геометрии и причинной связи событий в дискретно-непрерывном микропространстве-времени. – Новосибирск: Изд. Ин-та философии и права СО РАН, 1996. (Препринт).

11. Владимиров Ю.С. К вопросу о построении квантовой теории гравитации // Философские проблемы теории тяготения Эйнштейна и релятивистской космологии. – Киев: Наук. думка, 1965. – С. 137–144.

12. Симанов А.Л. Методологические и теоретические проблемы неклассической физики // Гуманитар. науки в Сибири. – 1994. – № 1. – С. 9–14.

13. Симанов А.Л. Постнеклассическая наука: новая математика и новая методология // Гуманитар. науки в Сибири. – 1995. – № 2. – С. 77–82.

14. Симанов А.Л. Космомикрофизика: теория и реальность // История, филология и философия. – 1991. – Вып. 2. – С. 39–43.

15. Сахаров А.Д., Зельдович Я.Б., Шандарин С.Ф. и др. Координация исследований по космомикрофизике // Вестн. АН СССР. – 1989. – № 4. – С. 40–50.

16. Станюкович К.П. Пространственно–временные интерпретации моделей “вселенной” А.Эйнштейна и А.Фридмана // Пространство и время в современной физике. – Киев, 1968. – С. 277.

17. Марков М.А., Фролов В.П. Метрика закрытого мира Фридмана, возмущенная электрическим зарядом (к теории электромагнитных “фридмонов”) // Теорет. и мат. физика. – 1970. – Т. 3. – № 1.

18. Уилер Дж. Предвидение Эйнштейна. – М., 1970. – С. 47.

19. Окунь Л.Б. Фундаментальные константы в физике // УФН. – 1991. – Т. 161. – № 9. – С. 177–194.

20. Эйнштейн А. Собрание научных трудов. – М.: Наука, 1965. – Т.1.

21. Вяльцев А.Н. Дискретное пространство-время. – М.: Наука, 1965.

22. Бранский В.П. Философские основания проблемы синтеза релятивистских и квантовых принципов. – Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1973.

23. Симанов А.Л., Стригачев А. Методологические принципы физики: общее и особенное. – Новосибирск: Наука, 1992.

© 1997 г. Институт теплофизики СО РАН,
Новосибирск