История и анализ одной из причин кризиса современной физики

                                                                                              В.А. Кулигин

       1. Введение

Кризис фундаментальной физики. Современная фундаментальная физика, несмотря на свои многочисленные и впечатляющие экспериментальные успехи прошлых лет, в настоящее время находится в стадии глубокого и затяжного кризиса. 

Скажите, пожалуйста:

1. Кризис в современной физике продолжается? Он имеет место даже  сейчас или же он уже был давно и успешно преодолен, а ученые продвигаются вперед к новым знаниям?

2. Имеет ли место сегодня «правильный» путь развития науки (без кризиса) или же современная теоретическая физика это не наука, а иллюзия по справедливому замечанию Маху (фантастика или лженаука)?

Чтобы устранить кризис необходимо выполнить следующие условия:

• Во-первых, необходимо выяснить подлинные причины, которые привели к кризису.
• Во-вторых, нужно не только устранить причины, нужно исправить ошибки, спровоцированные кризисом.

В современных научных критических публикациях нет убедительного описания основных причин кризиса. Некоторые ученые пишут, например, об ограниченности классических теорий, поскольку они, опираясь на классические теории, не смогли дать объяснение новым экспериментальным открытиям. Высказывается мысль о слабом владении философией (теорией познания научной истины). Исследователи пишут также о других факторах [1].

Пожалуй, наиболее четкий и последовательный философский анализ кризиса физики дал В. Ленин в работе [2]. Ленин не был физиком. Он не мог описать физические причины кризиса, т.е. показать из-за каких физических ошибок и заблуждений сложился кризис, приведший к философским заблуждениям в научном мировоззрении. Он ясно показал, что незнание диалектического материализма вредит развитию науки. Ленин оставил верные замечания, например, о том, что у позитивистов «материя исчезла, остались одни уравнения». Эта подмена объяснений явлений нагромождением математики сохранилась и преумножается в существующих физических теориях.

Его утверждение  о незнании  «диалектики» физиками я считаю резким, хотя и верным. Физики, конечно, имели представление о диалектике, но они не умели применять свои философские знания на практике. Это равносильно незнанию. Ничего удивительного в этом заключении нет, если учесть, что громадное большинство философов-позитивистов проявляют некомпетентность в вопросах философии науки.

Приведу пример. Что такое «диалектическое противоречие» в теории?  Цитирую, мнение философа академика Омельяновского, из работы [3]:

 «Согласно идеям Бора противоречия между корпускулярными и волновыми свойствами атомных объектов как бы застывают в виде противоположности двух классов взаимоисключающих экспериментальных установок, с которыми связаны «дополнительные» явления. Между тем истинное разрешение «антиномии дополнительности» состоит в том, чтобы рассматривать корпускулярные и волновые свойства объекта, как единство противоположностей» [4].

Здесь возникает образное сравнение. Два барана уперлись рогами и стоят, не шелохнувшись (в ступоре). Это памятник «диалектике Омельяновского». А где же «живая душа» диалектики - развитие? Я не верующий, но у меня ощущение, что на том свете Гегель носится за Омельяновским и, отчаянно лупя его суковатой палкой по спине, приговаривает: «Это тебе, за диалектику, сукин сын! Это тебе за диалектику, извращенец!».

 

2. Начало развития кризиса

Начало конфликта. Корпускулярно-волновой дуализм является идеологической основой современной квантовой физики. По этой причине важно еще раз напомнить историю возникновения корпускулярно-волнового дуализма. Она начинается еще в 18 веке. Законы классической механики Ньютона опирались на мгновенное действие на расстоянии. Свет «не очень хотел» вписываться в его механику. Решающую роль тогда сыграл авторитет Ньютона. Его мнение о том, что свет есть поток корпускул, долгое время считалось главным аргументом в пользу корпускулярной теории.  

Неудовлетворенный  классической механикой в её стандартном изложении, Гамильтон предполагает, что она описывает движение тел лишь приближенно, подобно геометрической оптике. Геометрическая оптика описывает прямолинейное движение световых лучей, тогда как свет на самом деле — волна. Исходя из своих представлений, Гамильтон строит полный аналог геометрической оптики тел (формализм Гамильтона — Якоби классической механики). Это стремление «заставить» свет «подчиняться» законам механики казалось очевидным направлением развития механики.

Начало коренным изменениям в представлениях о природе света было положено Томасом Юнгом. Теория интерференции Юнга прекрасно объясняла ряд оптических явлений. Но позиции сторонников корпускулярной теории были еще сильны, поскольку ее математическая основа теории Юнга была слаба.  Преодолеть трудности теории помогли работы Френеля. Большой вклад в развитие волновой теории света внесли также исследования Гюйгенса, Фраунтгофера, Фуко и других ученых.

Борьба сторонников и противников волновой теории света была, по существу, борьбой между сторонниками мгновенного действия на расстоянии и сторонниками близкодействия. Из-за неумения использовать достижения философии борьба приняла бескомпромиссный характер. По сути дела, мы сталкиваемся с обычным диалектическим противоречием между двумя различными объективными точками зрения. Любая из этих двух точек зрения имеет строгое экспериментальное подтверждение и практическое применение. По этой причине ни одну из них нет веских оснований отбрасывать.

Это диалектическое противоречие разрешимо. Спорящие стороны должны были бы разграничить между собой области, описываемые мгновенным действием на расстоянии, и области, описываемые волновыми процессами. В этом случае каждая теория имела бы свою область применения, которая не пересекалась с областью применения другой теории. Таким образом, все противоречия были бы устранены! Увы! Физики негативно относились к применению диалектики. Этому шагу препятствовал контовский позитивизм, ставящий любую философию в разряд «спекуляций».

 

3. Позитивизм Конта.

На XVIII век приходится особый период развитие западно-европейской философской мысли — так называемая эпоха Просвещения. В 18 веке в обществе происходил отказ от религиозного миропонимания, продиктованного христианскими догматами, и обращение к разуму как к единственному источнику познания человека, общества и окружающего мира. Официальная наука освобождалась от обременительной необходимости привязки к библейским канонам. 18 век дал великих философов и ученых: д’Аламбер, Д. Беркли, Д. Юм, И.Кант, Г. Лейбниц, Д.Локк, Ж-Ж. Руссо и др.

Появление философии Конта закономерно. Наличие многочисленных философских направлений, опирающихся на умозрительные построения и развитие научных дисциплин, которые обрели самостоятельность (механика, оптика, астрономия, термодинамика и др.) требовало систематизации и приведения в порядок научных и философских знаний. Сложившееся положение напоминает современный Интернет «засоренный» рекламой, ненужной и бесполезной информацией. О. Конт указывает на "разъедающее влияние" специализации научного труда и выводит отсюда необходимость "новой науки" (т.е. положительной философии), которая и призвана к тому, чтобы "предупредить разрозненность человеческих понятий".

Здесь Конт делает первый ошибочный шаг. Он «отделил» все без исключения философские направления от «положительного знания», т.е. от естественных наук. По мнению Конта, философский спор между материализмом и идеализмом не имеет серьезных оснований и бессмыслен. Философия должна отказаться как от материализма, так и от идеализма и основываться на позитивном (научном) знании. По его мнению:

1. философское знание должно быть абсолютно точным и достоверным;
2. для его достижения философия должна использовать научный метод при познании и опираться на достижения других наук;
3. основной путь для получения научного знания в философии — эмпирическое наблюдение;
4. философия должна исследовать лишь факты, а не их причины, «внутреннюю сущность» окружающего мира и другие далекие от науки проблемы;
5. философия должна освободиться от ценностного подхода и от оценочного характера при исследовании;
6. философия не должна стремиться стать «царицей наук», сверхнаукой, особым общетеоретическим мировоззрением — она должна стать конкретной наукой, опирающейся на арсенал именно научных (а не каких-либо иных) средств, и занять свое место среди других наук.

Если выражаться простым языком, то суть позитивизма (любого!) заключена в его лозунге: «Наука – сама себе философия!». Конт противопоставил положительное (научное) знание спекулятивной философии (в худшем смысле). Из тезиса следует, что любая научная теория формирует свою собственную теорию познания и опирается на нее в процессе своего развития. Философия, как таковая, науке не нужна.

Ученый  получает «свободу творчества», не ограниченную ни каким мировоззрением (философией). Он может выдвигать любые идеи. Теории могут находиться в логическом противоречии друг с другом. Более того, в самих теориях могут быть логические противоречия, если они в теории постулированы. Это упрощенное  (вульгарное) объяснение сути позитивизма.

Концепция Конта оказалась ядом для науки. Философы-позитивисты вынуждены были подгонять основы своей философии под новейшие теории, пренебрегая историческим человеческим опытом. Это позволяло ученым сравнивать работу философов-позитивистов с работой жриц древнейшей профессии.

Я приведу два мнения:

 - «Один из создателей квантовой электродинамики Р.Фейнман... подчеркивает, что от философа требуется нечто большее, чем просто подумать и сказать физику: "Может быть, пространство в мире дискретно, не испробовать ли эту возможность?" О таких возможностях физик знает сам. Проблема состоит в том, как конкретно применить их к развитию физической теории. Философ же, как говорит Фейнман, стоит в сторонке и делает глупые замечания» [5];

 - «Когда этот метод (метафизический - В.К.) потерпел неудачу, физик заодно отказался от философии. Сейчас он не ожидает от нее ничего хорошего. Уже одно слово «философия» способно вызвать у него ироническую или даже презрительную улыбку. Ему не доставляет удовольствие вращение в пустоте» [6].

 

4.  Продолжение развития кризиса.

Историческая обстановка в мире за период до 20 столетия развивалась стремительно:

• - бурное развитие техники требовало научных и инженерных кадров;
• - выросла роль образования, что резко увеличило число людей, занимающихся научными исследованиями;
• - наука пополнилась молодыми учеными, которые не имели достаточного опыта, но были самонадеянны, имели творческие амбиции и завышенную самооценку;
• - вместе техническим прогрессом совершенствовалась приборная база и техника эксперимента;
• - резко возросло количество экспериментальных открытий, требовавших объяснения.

Дальнейшее развитие науки приобретает драматический характер. В 1873 г. выходит капитальный труд Максвелла «Трактат об электричестве и магнетизме» (A Treatise on Electricity and Magnetism). Максвелл вводит ток смещения. Благодаря Хевисайду, Пуанкаре, Лоренцу и другим ученым, уравнения электродинамики принимают вид волновых уравнений.

Теперь сторонники близкодействия почувствовали себя увереннее. Их радость была велика. Они на основании поверхностного анализа уравнений Максвелла к калибровке Лоренца сделали заключение о том, что все поля имеют волновой характер и мгновенного действия на расстоянии в природе не существует принципиально.

Как следствие, появилось устойчивое мнение, что вся классическая механика, например механика Ньютона, строго говоря, не является «научной теорией». Критики утверждали, что классические теории «устарели» и их можно рассматривать, как приближенное описание физических явлений. Эти теории необходимо заменить «новейшими теориями».

 

5. Ошибка физиков.

Физики не разрешили диалектическое противоречие. Им казалось, что внешняя форма 4-х уравнений Максвелла действительно подтверждает теорию близкодействия. Они не стали разграничивать области применения двух концепций. Максвелл и  все другие физики не увидели, что в условии калибровки Лоренца «таится» сюрприз.  «Дьявол прячется в деталях».

Обратите внимание на хорошо известный факт. Ни один физик его не будет отрицать. Мгновенный скалярный потенциал полей зарядов  при движении порождает векторный потенциал  .. Но именно в этом факте и в условии Лоренца для калибровки лежала «мина замедленного действия».

Из дивергенции векторного потенциала А (калибровка Лоренца) мы можем получить уравнение непрерывности для скалярного потенциала [7]. В свою очередь, этот шаг позволяет исключить производные по времени из уравнений Максвелла. Тем самым мы получаем вторую ветвь решений, содержащих мгновенные потенциалы. Первая ветвь описывает запаздывающие потенциалы.

Об этом не знали ни Максвелл, ни сторонники близкодействия и дальнодействия. Случайно ли Максвелл получил описание волновых процессов?  Мы на этот вопрос не ответим. Однако именно благодаря второй ветви было найдено строгое решение проблемы электромагнитной массы и были устранены «магнитные парадоксы» в квазистатической электродинамике. Это произойдет много позже.

Посмотрите Таблицу 1, в которой сравниваются свойства полей зарядов и полей электромагнитных волн.

Таблица 1. Поля зарядов и поля электромагнитных волн

Квазистатическая ветвь [7]Поля заряда с мгновенным действием на расстоянии	Волновая ветвь [7]                           Поля электромагнитных волн  (запаздывающие поля)
Поля Е и Н заряда всегда «привязаны» к заряду и не могут существовать без заряда.	После излучения волна распространяется и ее поля Е и Н уже не зависит от источника излучения.
Магнитное поле заряда зависит от скорости перемещения заряда v. Если заряд покоится, магнитное поле равно нулю.	Магнитное поле волны всегда жестко связано с электрическим полем. Эти поля не могут существовать раздельно.
Электрическое поле заряда обладает инерциальными свойствами, т.е. имеется электромагнитная масса (масса покоя), импульс и кинетическая энергия.	Плотности энергии электромагнитной волны нельзя поставить в соответствие плотность инерциальной массы. Плотность массы покоя электромагнитной волны всегда равна нулю.
Скорость перемещения полей заряда всегда равна скорости движения заряда и может быть равна нулю.	Скорость перемещения электромагнитной волны в свободном пространстве постоянна и всегда равна скорости света с.
Связь между электромагнитной массой, электромагнитным импульсом описывается законом Умова.	Связь между плотностью энергии и плотностью импульса электромагнитной волны определяется законом сохранения Пойнтинга.

 

Некорректный анализ решений уравнений Максвелла создал  и даже сейчас поддерживает устойчивую иллюзию, что любые поля имеют волновой характер. Тем самым было установлено одно из нескольких ошибочных направлений, давшее жизнь логически противоречивому корпускулярно-волновому дуализму и квантовым теориям.

Свойства принципиально различны. О каком отождествлении полей (дуализме) может идти речь?

 

6. «Разгром» классических теорий. 

Продолжим исследовать развитие науки. Полную уверенность в победе своей точки зрения сторонники близкодействия получили после исследований Генриха Герца по экспериментальному обнаружению электромагнитных волн. Г. Герц подтвердил экспериментов существование электромагнитных волн.

Они на основании поверхностного анализа уравнений Максвелла к калибровке Лоренца ученые сделали заключение о том, что все без исключения поля имеют волновой характер и мгновенного действия на расстоянии в природе не существует. Как следствие, появилось устойчивое мнение, что вся классическая механика, например механика Ньютона, строго говоря, не является «научной теорией». Критики утверждали, что классические теории «устарели» и их можно рассматривать, как приближенное описание физических явлений. Эти теории необходимо заменить «новейшими теориями».

Здесь следует принять во внимание следующие обстоятельства.

Во-первых, большую роль сыграл психологический фактор. Классические теории не могли дать объяснение новым явлениям. У молодых ученых появилась тщеславная идея «превзойти самого Ньютона». Казалось бы, что для этого шага есть все основания. Эти основания породили у молодых ученых мнение о собственной непогрешимости.

Во-вторых, отсутствие философских критериев научности, характерное для позитивизма, вырабатывало у них мнение о своей непогрешимости, разрешавшей игнорировать логические противоречия внутри создаваемых теорий. Эйнштейн их называл «парадоксами» и (вместо объяснения) формулировал «постулаты».

Что есть «постулат»? Это обычная гипотеза, которой придали вид абсолютной истины. Абсолютная истина есть догма. В физике не может быть абсолютных истин. Только бог (если он есть) может что-то постулировать. Налицо мы видим тщеславное желание возвыситься до уровня Бога. Постулат похож на «кирпич», т.е. он похож на дорожный знак «проезд запрещен». Тем самым, он препятствовал последующему анализу причин возникновения «парадокса». Оставим шутки в стороне.

В конце 19 века (уже в то время!), например, проф. О.Д. Хвольсон в своем «Курсе физики» [8] писал: «…В настоящее время успело сделаться общим достоянием убеждение, что actio in distans не должна быть допускаема ни в одну область физических явлений. Но как ее изгнать из учения о всемирном тяготении?».

Хвольсон пишет о мгновенном действии на расстоянии, как о какой-то «заразе» или «инфекции», которую следует изгнать из физики. Итак, к началу 20 столетия из-за отказа от мгновенного действия на расстоянии созрела почва для отождествления материальных тел и волн, т.е. «открылась» дорога для корпускулярно-волнового дуализма.

Электродинамика в тот период имела две проблемы; проблему электромагнитной массы и проблему излучения. Критики классических теорий полагали, что новые теории решат проблемы. Но они ошиблись. Вызывает насмешку факт, что физики не только не смогли решить проблемы классических теорий. Они сами в дальнейшем столкнулись с трудностями, корни которых имеют классическую основу. «Новейшие теории» не смогли решить проблемы.

 

7. Заключение.

Мы видим, что никаких физических оснований для введения гипотезы о корпускулярно-волновом дуализме не существует. Дуализм есть ложное направление в физике, обусловленное математическими ошибками и философским невежеством физиков. Для нас этот результат не является неожиданным. Учебники физики являются примером тиражирования ошибок в науке. Какую бы область ни взяли, везде вы обнаружите нарушение логики, математически некорректные результаты, ошибочные доказательства. В книге [9], [10], мы дали анализ ошибок, которые провоцировали кризис в физике.

Перечислим некоторые ошибки:

1. Уже известная вам ошибка в электродинамике. Физики «не обнаружили» квазистатическую ветвь решений уравнений Максвелла.
2. В физике существует множество преобразований, родственных преобразованию Лоренца. Некоторые преобразования допускают сверхсветовое движение.
3. Неправильная интерпретация Эйнштейном сущности преобразований Лоренца («парадоксы») привела к последующей волне ошибок.
4. В термодинамике была вскрыта несостоятельность молекулярно-кинетической теории.
5. Релятивистский принцип наименьшего действия математически некорректен. Релятивистский интеграл действия не имеет экстремумов и т.д.

Итоги анализа весьма печальны. Фактически осталось мало научных теорий без ошибок и заблуждений. Перечислим те, которые совершенно не пригодны для использования: квантовые теории и КЭД (теория атомного ядра, теория атома, теория элементарных частиц), термодинамика в которой МКТ есть совершенно бесполезная надстройка, электродинамика, требующая пересмотра теории излучения и взаимодействия зарядов с волной, ОТО, СТО и др. теории.

Кризис фундаментальных концепций современной физики требует ревизии фактически всей физики. Именно теоретики (экспериментаторы это особая элита) напоминают войско Наполеона в 1812 г., когда после взятия Москвы они с позором убегали во Францию.

Без хорошей теории познания кризисы в науке неизбежны.

 

Ссылки:

1. К. Иванков.  Нефизические причины кризиса фундаментальной физики.. https://yandex.ru/tutor/search/docs/?text=причины+кризиса+физики+в+19-20+столетии#a50021a964743a22da8777d3cd7902c6).
2. В.И. Ленин «Материализм и эмпириокритицизм».  М.: Политиздат, 1984
3. В.А. Кулигин.  2018. «Практика - критерий истины?» http://www.trinitas.ru/rus/doc/0016/001f/0016363htm
4. М. Э. Омельяновский. Диалектика в современной физике. Наука. 1973.
5. А.М. Мостепаненко. 1977. Методические и философские проблемы современной физики, ЛГУ, Л.
6. М. Бунге. 1975. Философия физики, М., Прогресс.
7. В.А. Кулигин, М.В. Корнева. 2015. Обсудим книгу Ландау и Лифшица «ТЕОРИЯ ПОЛЯ». http://www.trinitas.ru/rus/doc/0016/001e/0016287htm

*              В.А. Кулигин, М.В. Корнева, Г.А. Кулигина. 2018. «Механические» основы уравнений Максвелла. http://www.trinitas.ru/rus/doc/0016/001f/00163788.htm

1. О.Д. Хвольсон. 1897. Курс физики, Том 1. Избранное. (Конструитивы механики и измерения), с.1 – 36. Издание К.Л. Риккера,
2. В. Кулигин .  2020.  По ошибкам теоретиков и корпускулярно-волновому дуализму пли! http://www.trinitas.ru/rus/doc/0001/005d/00012454.htm
3. V. Kuligin. 2020. Attack on the Wave-Particle Duality and Errors in Physics . Publising Polmarum. # (5281), ISBN 978-620-2-39434-5. 

 

Примечание. Символ (*) используется для дополнительных источников информации.