Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Абстракция в системе научного знания {Обзор литературы) 23
1.1 Эволюция представлений об основаниях научного знания 25
1.2 Обоснованность научных знаний 39
1.3 Аппарат абстракций логики 47
1.4 Математические абстракции 55
1.5 Интервальное обоснование абстракции 68
Глава 2 Гносеологические основания физической абстракции
Гносеологические функции приборов
Эпистемологическое своеобразие чувственного и рационального в абстрагировании
Реализация тезиса "подобное познается подобным" принципом интервальности
Роль принципа дополнительности в гносеологии
Особенности концепта истины в современной физике
Глава 3 Онтологические предпосылки абстрагирования 116
3.1 Своеобразие отношения бытия и существования 117
3.2 Особенности критериев существования 120
3.3 Дополнительность закономерностей существования 126
3.4 Отвлечение от информационных коммуникаций познающего субъекта при абстрагировании 135
Глава 4 Функции симметрии и инвариантов в абстрагировании 144
4.1 Симметрия и инварианты в физике 145
4.2 Эволюция парадигм современной физики 157
4.3 Инварианты философии 165
4.4 Специфика роли симметрии и отношений истинности в обосновании абстракции
Глава 5 Физическая абстракция и законы физики 175
5.1 Отображение в абстракции сущности объекта 180
5.2 Классификация понятий физики по эмпирическому генезису 182
5.3 Трансформации абстракции 194
5.4 Специфика абстракций-понятий и абстракций-законов 202
Глава 6 Абстракция в парадоксах физики
6.1 Отображение специфики движения в апориях Зенона
6.2 Противоречивость понятий координата и скорость
6.3 Предвосхищение в апориях Зенона открытий физики
Интервальная структура в тезаурусе физики 251
Использование специфики физической абстракции в решении методологических проблем физики
Тенденции развития физики 265
Связь между спецификой физической абстракции и метрологической точностью
Особенности абстракций объединенной физики 278
Заключение 287
Список литературы 289
- Эволюция представлений об основаниях научного знания
- Гносеологические функции приборов
- Своеобразие отношения бытия и существования
- Симметрия и инварианты в физике
Введение к работе
Актуальность. Развитие человеческой культуры, и науки в том числе, происходило в минувшем столетии под знаком релятивизации знаний, плюрализации научных подходов и мнений. Существенное влияние на эволюцию мировозрения оказало революционное изменение взглядов физиков на природу. Эти радикальные изменения привели к переоценке ценности таких основополагающих философских понятий, как, например, истина, причинность, достоверность, неизбежность, случайность и т.д. Релятивизм знаний, обусловленный, с одной стороны, зависимостью от "точки зрения" (выбора системы отсчета), с другой стороны, неустранимым влиянием процесса наблюдения на результат наблюдения, стали одним из стимулов пересмотра классических взглядов на основополагающие установки и ценности науки, такие, как рациональность, непротиворечивость, верифицируемость, универсальность и т.д.
В то же время очевидно, что естественные науки не могут функционировать без определенных оснований, в том числе - принципов научной рациональности. Поэтому задачей философии науки в данный момент является поиск новых оснований человеческого знания, выработка адекватных современной физике принципов научного познания. Не только эмпирические знания должны обогащать ум, но и современное философское сознание должно преодолеть период смятения перед радикальными изменениями во взглядах на мир и предложить обновленную систему мировозренческих категорий.
Более того, вероятно, возвращается время, когда от философии требуется предвосхищение значимых направлений научного поиска. В развитии самой физики на протяжении последних десятилетий не появилось фундаментальных новых идей, сравнимых по значимости с теорией относительности и квантовой механикой. Все ее развитие идет в русле принципов, заложенных в первой половине XX века. Исключение составляет разве только теория неравновесных процессов (синергетика). Идея использования достижений одной отрасли научного знания в других не нова. Представление о всеобщих закономерностях развития во всех сферах человеческой деятельности, о всеобщих принципах построения здания научных дисциплин появилось, вероятно, одновременно с зарождением научного метода познания. Анализ исходных фундаментальных понятий и принципов приводил в истории науки не только к уточнению и углублению прежних теорий, но и к их радикальной трансформации, качественному скачку в познании.
В естественных науках базисом для получения факта с наиболее высоким объективным статусом считается результат измерения (экспериментальный факт). Однако в основе метрологической процедуры лежит некоторая теория. Без научной теории не может быть научного факта в силу его неизбежной "теоретической нагруженности". Поэтому проблема сущности абстракции как инструмента познания, связи абстракции с действительностью приобретает исключительное значение.
Необходимость рефлексии над основаниями знания особенно актуальна при возникновении симптомов неблагополучия в теории в виде контрпримеров, парадоксов, неразрешимых задач и т.п. Например, в современной физике сложилась парадоксальная ситуация с почти независимым функционированием классической физики, квантовой и релятивистски механики. Адекватное понимание физики существенным образом зависит от того или иного истолкования природы и специфики абстрагирования. В чем заключается причина продуктивности научных абстракций? Какова связь между абстракциями и научными законами?
Отличием физической абстракции от абстракций логики и математики служит тесная связь с реальностью. Задачей логики является выявление отношений истинности между предпосылкой и следствием вне всякой зависимости от содержания утверждений. Связь высказываний с предметным миром лежит вне рамок логики. Математика устанавливает логическую связь между аксиомами и высказываниями в форме теорем. Связь математических абстракций с физической реальностью постулируется через аксиомы и правила доказательства. Физические же абстракции предназначены для репрезентации мира вещей в мире знаний. Следовательно, физические абстракции обладают существенными особенностями, и прогресс физики требует выявления специфики физических абстракций.
Актуальной становится задача построения такой иерархической структуры научных понятий, которая в конечном счете отображала бы структуру реальности. Связь между законами и абстракциями видимо возможна только за счет ограничения области применимости конкретной абстракции рамками, задаваемыми областью функционирования отображаемого закона. Если вести речь о физике, то недостаточное понимание специфики физической абстракции тормозит ее развитие. Без выявления специфики объективных оснований физической абстракции, учета особенностей онтологической модели и четкого формулирования основополагающих гносеологических принципов ждать крупных открытий не приходится.
Следствием специфики физической абстракции необходимо признать принципиальные ограничения на метрологическую точность. Квантовая механика утверждает о невозможности одновременного точного определения таких параметров, как координата объекта и его импульс. Вопрос о точности измерения сопряженных параметров, в свою очередь поднимает проблему гносеологического статуса и определения измеряемого аспекта. Названные вопросы давно интересуют исследователей, но остаются пока дискуссионными. В данном исследовании не предполагается раскрыть все аспекты проблемы абстракции в науке. Однако, нам хотелось бы изложить и обосновать новый, как нам представляется, подход к природе физических абстракций, исследовать влияние их специфики на решение проблем как в рамках самой физики, так и в ее прикладных аспектах.
Объект исследования. В диссертации исследуются гносеологические основания и закономерности формирования и развития онтологии на примере физики. Объект исследования — физическая абстракция. Термин "физическая абстракция" будет пониматься в двух смыслах: а) абстракция, возникшая в ходе физических исследований, используемая в физике; б) абстракция, призванная вскрывать сущность объекта или явления, отображать связь между научным понятием и реальностью. Физика в какой-то степени, по мысли B.C. Степина, выполняет роль фундаментальной теоретической схемы для естественных наук. В связи с особенностями исследуемой проблемы диссертант сосредоточил свое внимание на исследованиях абстракций, раскрывающих специфику связи между реальностью и понятийным аппаратом физики. Все выводы относятся в первую очередь к закономерностям формирования основополагающих понятий. Абстракции, отмеченные в пункте (б), имеют статус общемировозренческих, и далеко не все "физические абстракции" в смысле (а) являются таковыми. В границах исследования находятся только абстракции, одновременно удовлетворяющие условиям (а) и (б).
Предмет исследования — онтогносеологические основания физической абстракциии, влияние особенностей физической абстракции на прогресс фундаментальных представлений о природе, на прикладные аспекты науки.
Уровень научной разработанности проблемы. Философско- методологическая проблематика естественно-научного знания, мировозренческий статус теорий, парадигмальные образы решения теоретических задач, иерархическая структура объяснения давно занимают умы исследователей, так или иначе связанных с философией науки. Среди современных отечественных философов, работающих и работавших ранее в этом направлении, следует отметить труды Л.Б. Баженова, П.П.Гайденко, Б.С. Грязнова, К.Х. Делокарова, В.В. Ильина, И.В. Кузнецова, Ф.В. Лазарева, В.А. Лекторского, С.А. Лебедева, Н.Н. Максимова, Е.А. Мамчур, Т.Н. Ойзермана, М.Э. Омельяновского, В.Н. Поруса, М.А. Розова, B.C. Степина, B.C. Швырева, Я. Хинтикки и др. Среди зарубежных особо следует отметить М. Бунге, Р. Карнапа, Э. Кассирера, Э. Маха, К. Поппера, Г. Фреге.
Особое место в структуре научного знания занимают абстракции. Исследование их сущности и природы тесно связано с анализом предметно-практических предпосылок и объективных основ процесса абстракции. Проблема абстракции разрабатывается как в логико-методологическом аспекте (работы Д.П. Горского, Ф.В. Лазарева, Г.Д. Левина, М.М. Новоселова, Г.И. Рузавина, С.А. Яновской и др.), так и в общефилософском, онтогносеологическом аспекте (работы Э.В. Ильенкова, М.А. Розова, В.И. Столярова В.И. Шинкарука и др.). М.А. Розов, анализируя недостатки традиционного толкования природы абстракции как "мысленного выделения и отвлечения", в качестве основного назвал то обстоятельство, что традиционное толкование не категориально, а носит скорее психологический характер. Категориальное определение берет в качестве специфического признака для характеристики логического приема те отношения вещей, познание которых составляет исходную цель и конечный результат этого приема. С этой точки зрения абстракцию, по мнению М.А. Розова, следует рассматривать как познавательную деятельность, связанную с операцией замещения и обусловленную объективными отношениями независимости.
Однако следует отметить следующую, несколько парадоксальную, ситуацию. Как выяснилось в процессе обзора литературы по проблемам физической абстракции на протяжении XX века, удельный вес публикаций профессиональных философов по данной проблеме лишь немного превышает половину. Вместе с тем отмечается очень высокая активность ученых-физиков. Практически все крупнейшие физики первой половины и середины ХХ-ГО столетия (Л. де Бройль, Н. Бор, М. Борн, К.Ф. Вайцзекер, Е. Вигнер, В. Гейзенберг, М.А. Марков, В.А. Фок, Э. Шредингер, А. Эйнштейн, и др.) работали над проблемами нахождения объективных оснований абстракции.
Интерес физиков к данной проблеме вполне закономерен, поскольку парадоксы квантовой механики и релятивистской механики невозможно объяснить без выявления смысла и значения физической абстракции, уточнения используемой научной терминологии. Причем парадоксы обнаруживаются даже в экспериментах. Если экспериментатор конструирует приборы, исходя из предположения, что квантовые объекты являются частицами, в опыте будут обнаружены частицы. Исходя из предположения, что квантовые объекты — волны, экспериментатор фиксирует волны. Зависимость эмпирических результатов от принятых гипотез не позволяет пренебрегать взаимосвязью между физической абстракцией и реальностью. Естественно, наиболее видные физики не прошли мимо проблемы абстракции. Решение задачи нахождения объективных оснований абстракции необходимо проводить на пути исследования специфики физической абстракции, поиска и разработки новых принципов эпистемологии.
В качестве основного гносеологического принципа используется выдвинутый еще в античности тезис "подобное познается подобным". По мысли Эмпедокла, чувственное познание может отображать лишь переменные, изменчивые аспекты существования вещей. Неизменную суть предметов могут репрезентировать лишь умопостигаемые атрибуты, инвариантные относительно времени и места наблюдения. Научная абстракция, в силу универсальной применимости, должна ориентироваться на проявления константности в мире явлений.
Сравнительно новым методологическим принципом, позволяющим связать способы научного абстрагирования и объективную относительность, служит принцип интервальности, развитый в работах Ф.В. Лазарева, Н.К. Миховой, М.М. Новоселова, В.Н. Сагатовского и др. Релятивизм свойств объектов внешнего мира позволяет реализоваться таким ситуациям, называемым интервальными, в которых возможно отождествление объекта и его актуализировавшегося свойства. Принцип интервальное™ позволяет осуществить в познании, с одной стороны, редукцию от бесконечного к конечному, с другой - вычленять в рамках интервала из переменных ощущаемых свойств неизменные атрибуты.
Перспективным принципом, способствующим решению задач эпистемологии, является также принцип дополнительности. Принцип дополнительности, введенный впервые в квантовой механике, завоевывает все более широкое признание как среди ученых естественных и гуманитарных специальностей, так и среди философов, когда они стремятся осмыслить дополнительность в ее всеобщем — и онтологическом, и гносеологическом, и методологическом значениях (И.С. Алексеев, М.С. Каган, В.П. Хютт и др.). Отношения дополнительности реализуются не только в предметном мире но и между практическим применением слова и его определением (Н. Бор, М.А. Розов и др.)
Особое место в гносеологии принадлежит проблеме точности, имеющей и чисто утилитарное значение и глубоко мировозренческое, общефилософское. Проблема точности знания как методологической проблемы разработана относительно слабо и имеется совсем немного работ, ставящих и решающих с разных сторон относящиеся сюда вопросы (Д.П. Горского, В.И. Кураєва, Ф.В. Лазарева, А.И. Ракитова, С.А. Яновской).
В целом же, несмотря на отмеченные выше достижения, проблема оснований абстракции остается слабо разработанной. Основной недостаток предшествующих попыток нахождения объективных оснований физической абстракции — использование принципа логического следования. Большая часть философов, разрабатывавших проблему абстракции, были специалистами в области логики. И это не могло не отразиться на их подходе к данной проблеме. Как известно, в основе логики лежит универсальная субъектно-предикатная онтология. При этом природа исследуемых в науке объектов, их связь с реальностью самих логиков обычно не интересует, или интересует очень мало. Поэтому они не обращают внимания на тот факт, что определение абстракции через существенные и несущественные свойства, или через внутренние и посторонние признаки и т.д., как правило, не применимо к основополагающим научным понятиям. Имеющее место определение сущности объектов через их отношения фактически уничтожает субъектно-предикатную онтологию. Пока исследователь занимается вопросами логики, математики или иной абстрактной дисциплины, парадоксов не возникает. Противоречия устраняются принятыми аксиомами, постулирующими, пусть и в неявном виде, определенную взаимосвязь с реальностью. Фундаментальная же физика занимается как раз вопросами раскрытия сущности универсума и связи между основополагающими абстракциями и реальностью. Поэтому дальнейшее развитие физики, а следовательно в какой-то степени и всего естествознания, невозможно без выявления специфики физической абстракции, определения объективных основ абстрагирования, что и составляет цель данного исследования.
Цель и задачи исследования.
Цель работы — раскрытие онтологических и гносеологических оснований физической абстракции, что индуцирует следующие задачи исследования:
1. Выявление специфики оснований физической абстракции:
- выявить исторические и гносеологические корни традиционных взглядов на абстрагирование, противоречащих современной научной практике;
- вычленить основную проблему, затрудняющую решение задачи нахождения объективных оснований физической абстракции и сформулировать принципы, логические правила построения теории абстракций;
2. Построить онто-гносеологическую модель, учитывающую специфику физической абстракции.
3. Выявить тенденции развития фундаментальных концепций физики на современном этапе.
4. Вычленить связь семантики физической абстракции с действующими в интервальной ситуации законами.
5. Сформулировать правила трансформации и взаимопереходов понятий физики.
6. Отобразить связь физической абстракции с реальностью через сопоставление иерархий законов природы и научных понятий.
7. Разработать и развить семантические методы решения парадоксальных проблем физики.
8. Установить связь между спецификой физической абстракции и принципиальными ограничениями на точность измерения.
Теоретическая и методологическая основа исследований. В естественно-научном познании необходимо, с одной стороны, исходить из постулата о единственном канале связи между субъектом и предметным миром - органах чувств человека, с другой стороны, из принципа "подобное познается подобным". Информация, подлежащая научному анализу, должна получаться напрямую или косвенно только через сенсоры наблюдателя; другими словами, как образно выразился В. Гейзенберг, задавать только те вопросы, на которые можно получить экспериментальный ответ. Подобная постановка вопроса означает, что рассматривается существование только объектов, имеющих возможность, актуально или потенциально, участвовать во взаимодействиях, непосредственно или косвенно воздействовать на рецепторы наблюдателя.
В качестве основной онтологической предпосылки взято утверждение о нетождественности бытия и существования; бытие не сводится к существованию, в определенной степени независимо от него. Существование объекта характеризуется онтологической относительностью, практически бесконечным релятивизмом его отношений, зависимостью свойств объекта от среды как реального контекста его взаимодействий. Любой объект может существовать как бесконечное многообразие, элементами которого будут совокупности в той или иной степени его актуализировавшихся свойств.
Существующий объект теряет целостность как "вещь в себе". В каждом конкретном случае существования в качестве целостности выступает связка "объект в среде". Поэтому объект нельзя однозначно и непротиворечиво определить через отношения в которые он вступает. На передний план должны выходить отношения независимости. Бытие объекта раскрывается через инварианты.
Одним из главных методологических принципов диссертации служит принцип интервальное™, согласно которому среди бесконечно разнообразных условий существования объекта встречаются такие ситуации, называемые интервальными, где объект может быть отождествлен с одним своих актуализировавшихся свойств. Онтологическая относительность коррелирует с эпистемологической относительностью в пределах интервала абстракции. В рамках интервала абстракции свойство является инвариантом.
Одним из основных принципов диссертации служит также обобщенный принцип дополнительности. Под дополнительностью будет пониматься дополнительность в самом широком смысле слова - и как дублирование разновременных восприятий одного и того же объекта; и дублирование сенсорных каналов различной модальности; и дополнение наблюдений рациональным взглядом на мир; и сопоставление взаимоисключающих отображений одного и того же объекта или явления, как это понимается в квантовой механике; и дополнение эмпирических наблюдений теоретическим описанием.
Научная новизна результатов работы.
1. Выявлено основное противоречие, препятствующее решению задачи нахождения оснований физической абстракции, состоящее в нарушении принципа «подобное познается подобным» (в чувственном, изменчивом характере источников информации об окружающем мире и неизменном характере понятий для отображения длящегося человеческого опыта).
Обоснована возможность реализации тезиса «подобное познается подобным» через принципы интервальное™ и дополнительности.
2. Предложена онто-гносеологическая модель, учитывающая специфику физической абстракции и согласованная с гносеологическими принципами решаемой задачи: использование принципов интервальности и дополнительности предполагает нетождественность бытия и существования. Критерием существования выступает одновременное наличие у наблюдаемых объектов свойств общности и различия, постоянства и изменчивости. Бытие объектов физики проявляет себя через существование, но независит от формы существования.
3. Выявлены специфика развития основных концепций физики: тенденция заключается в повышении удельного веса и значимости в исследованиях симметрии и инвариантов.
4. Выявлена связь между семантикой физической абстракции и действующими в соответствующей интервальной ситуации законами:
а) корреляция между элементарными событиями в физическом мире формируют ощущение как познавательный феномен, заключающийся в выделении из совокупности рецепторных раздражений доминирующего инварианта (под ощущением обычно понимают как непосредственное "чувствование" личности, так и интерсубъективный результат эмоционального переживания, выражаемый через понятие; в работе исследуются аспекты ощущений, независимые от субъекта);
б) дана новая трактовка процесса формирования понятия как нахождение и фиксация в сознании тенденции к инвариантам в ощущениях;
в) научному понятию соответствует закон природы (строго определенная совокупность законов природы в рамках интервала абстракции); физические абстракции - отображение законов природы (в явном или в неявном виде).
5. Сформулированы правила трансформации и взаимопереходов понятий физики. Введены в научный оборот термины "константа интервала абстракции" и "переменная интервала абстракции". (Дефиниция "константы интервала абстракции" одновременно может быть и формулировкой закона).
6. Отображена связь абстракции с реальностью через сопоставление иерархий законов природы и научных понятий. Произведена классификация физических понятий по эмпирическим источникам. Основополагающие физические понятия сводятся к понятиям-абстракциям, понятиям-многообразиям, понятиям-соотношениям, понятиям-конфигурациям, понятиям-проекциям. Построен тезаурус физики с базисом абстракций, возникающих из чувственно данных.
7. Выявлено влияние специфики семантики понятия на решение парадоксальных проблем физики.
8. Вскрыты когнитивные причины ограниченной метрологической точности при одновременном измерении сопряженных параметров как в квантовой механике, так и классической физике и найдены условия, исключающие принципиальные ограничения на точность:
Основные положения, выносимые на защиту.
1. Противоречие традиционной теории абстракции, препятствующее нахождению оснований физической абстракции, заключается в нарушении принципа «подобное познается подобным». Специфика оснований физической абстракции инициирует модернизацию гносеологических принципов. В силу рецепторной связи познающего субъекта с внешним миром "вещь в себе" (объект или атрибут объекта, независимый от его связей и отношений с другими объектами) не может быть познана как целостность, не зависящая от условий проявления своей сущности. Поэтому необходимо постулирование принципа познания объекта через его отношения с универсумом. Таким принципом служит тезис "подобное познается подобным", реализуемый через принципы интервальности и дополнительности. Принцип интервальности утверждает, что неизменность, отношения независимости имеют место в определенном интервале. Внутри интервала доминируют строго ограниченное количество связей между объектами и в силу этого можно пренебречь всем, что находится за его границами. В рамках интервала обнаруживается одно или несколько инвариантных соотношений между переменными, константа, не зависящая от времени, положения в пространстве, от прочих условий. В основе процедуры абстрагирования, формирования основополагающих понятий физики, лежат отношения независимости от условий существования, поиск и нахождение инвариантов, корреляций, закономерностей.
2. Применение принципов интервальности и дополнительности предполагает своеобразие онтологической модели: нетождественность бытия и существования. Объект может существовать в среде как практически ничем не ограниченное количество проекций, качественно не зависящих друг от друга (многомерный объект). Критериями существования являются одновременное наличие у наблюдаемых объектов свойств общности и различия, постоянства и изменчивости. Принцип интервальности декларирует тождественность в рамках интервала разных предметов и существование одного качественно определенного абстрактного объекта. Тезис Гейзенберга о том, что физика должна отвечать только на те вопросы, которые можно поставить экспериментально, требует наличия у существующих объектов свойств постоянства и изменчивости.
3. Своеобразие тенденции развития основных концепций физики — увеличение значимости симметрии и инвариантов. Исследования стохастических процессов, систем с большим количеством объектов, неравновесных и неустойчивых процессов возможно только на основе нахождения и использования симметрии, инвариантов. Понятие материи постепенно становится производным от симметрии. В наиболее современной области физики — теории поля — частица соответствует кванту, переносящему преобразование симметрии (материя возникает там, где происходит изменение симметрии или формы).
4. Онтологическая предпосылка абстрагирования — наличие в природе интервальных ситуаций. Каждой интервальной ситуации может быть поставлен в соответствие интервал абстракции. Специфику связи между интервалом и физической абстракцией возможно выразить следующим образом:
а) Корреляция между элементарными событиями в физическом мире формируют ощущение как познавательный феномен, заключающийся в выделении из совокупности рецепторных раздражений доминирующего инварианта. Исходной информацией для анализа служат не ощущения как таковые, а события взаимодействия сигнального потока с сенсорами (например, микрособытия химического взаимодействия молекул вещества с чувствительными клетками). В рамках интервала остаются раздражения с интенсивностью, превышающей пороговую. В пределе остается один тип преобладающих взаимодействий и в них обнаруживается инвариант.
б) Изоляция в интервале одного свойства или аспекта существования объекта превращает его в константу (если нет взаимодействия, нет изменения).
в) Физические абстракции - всегда отображение законов природы (в явном или в неявном виде). Природная закономерность фиксируется неявным образом в понятии, находятся взаимосвязи денотата понятия с другими аспектами объекта и формулируются законы.
г) В рамках интервала абстракции объект отождествляется со своим актуализировавшимся свойством; отождествляются не объект и его отражение, а наблюдаемое свойство и абстрактная характеристика объекта, имеющие оба статус инварианта; сопоставляются не эмпирическое и умопостигаемое, а инварианты в чувственном и рациональном; отождествление не абсолютно, а ограничено интервалом абстракции.
5. Познание начинается не с ощущения как сенсорного раздражения и выделения существенных, психологически значимых атрибутов вещи, а с чувственной фиксации простейших инвариантов. Простейшее ощущение — рецепторная фиксация в сознании устойчивости во времени доминирующего одномодального раздражителя. Обнаруженное постоянство возбуждения сенсоров служит основой для формирования элементарного понятия, простейшей абстракции, соответствующей свойству, ощущаемому субъектом. Восприятие есть дополнение ощущений (сопоставление инвариантов независимых разномодальных рецепторных раздражителей) и фиксирует устойчивую повторяющуюся связь между ощущениями (актуальными и потенциальными). Восприятию соответствует новый инвариант, не сводимый к исходным — понятие (абстракция). При этом возникают новые связи между интервалом и абстракцией:
а) В более широком интервале абстракции, где понятие не инвариант, можно найти инвариантное соотношение, которому соответствует новая абстракция-многобразие.
б) Путем дополнения разномодальных информационных потоков от объекта находят инвариантное соотношение, характеризующее более глубокий уровень бытия объекта.
Эмпирическое и теоретическое — дополнительные, в определенной степени взаимоисключающие репрезентации сущности объекта или явления (с непересекающимися собственными интервалами). Теоретический конструкт и эмпирические данные имеют совпадающие инварианты (в пределах точности измерения). Рациональное не есть копия чувственного, его отражение. Умопостигаемое не призвано замещать эмпирически данное. Сенсорно фиксируемое и рациональное являются взаимоисключающими, но имеющими общие инварианты, репрезентациями изучаемого. Дополнение эмпирического и умопостигаемого дает смысл, отличный как от первого, так и от второго.
6. Связь между физической абстракцией и реальностью отображается через сопоставление иерархий законов природы и научных понятий. Произведена классификация физических понятий по их эмпирическим источникам. Основополагающие научные понятия сводятся к понятиям- абстракциям, понятиям-многообразиям, понятиям-соотношениям, понятиям- конфигурациям, понятиям-проекциям. Все другие понятия формируются из них.
7. Точное разграничение семантики понятия (соответствие объема понятия законам в интервальной ситуации) устраняет его использование за рамками применимости и ликвидирует парадоксы. Парадоксы в физике, как правило, обусловлены несоответствием традиционного понятийного аппарата изменившимся экспериментальным условиям. Революционные изменения во взглядах на природу сопровождаются существенной модернизацией исходных понятий, либо полной их заменой на новые. Целесообразно исследовать и корректировать семантику понятий до возникновения кризисных проявлений в науке. Противоречивость понятия движения, вскрытая в античные времена, вылилась в необходимость создания квантовой и релятивистской механик. Изучение смысла понятий способствует решению фундаментальных проблем физики.
8. Причины ограниченной метрологической точности при одновременном измерении сопряженных параметров заключаются в следующем:
а) ограничения на точность измерения сопряженных параметров не являются сугубо квантово-механическими; измерения сопряженных параметров объектов классической физики при прямом измерении также имеют место ограничения метрологической точности;
б) ограничения точности измерения имеют место только в том случае, когда природа информационного посредника совпадает с природой исследуемого явления; при непосредственном, прямом измерении параметра объекта (на базе сигналов той же физической природы, той же модальности, что и измеряемая характеристика) процесс измерения изменяет состояние объекта и снижает метрическую точность;
в) невозможность одновременного точного измерения координаты и импульса квантово-механического объекта могут быть обусловлены семантической неточностью определения этих понятий в квантовых условиях; все квантовые числа, характеризующие квантовый объект, известны точно;
Ограничений на метрическую точность при косвенном, дополнительном к прямому (на базе сигналов другой физической природы, другой модальности), нет. Косвенное измерение характеристик наблюдаемого объекта не изменяет его исследуемого состояния и не влияет на точность измерения.
Теоретическое и практическое значение работы.
В работе показано, что знания — не только логическое следствие полученных эмпирических и теоретических фактов, но и логически не фиксируемых, но обнаруживаемых инвариантов. Поэтому следует пересмотреть стратегию научной деятельности. Причинная связь предполагает активную деятельность субъекта по изменению объекта и выявление причинных и логических цепочек в фиксируемых реакциях на воздействия, что в свою очередь выдвигает на первый план экспериментальные исследования. Экспериментальные исследования сопряжены с рядом негативных явлений для общества: во-первых, интеллектуальный потенциал научного сообщества расходуется на решение не поставленной обществом задачи, а технических задач, возникших в ходе реализации эксперимента; во-вторых, экспериментальные исследования сопряжены порой с огромными материальными затратами и неблагоприятным экологическим воздействием. Инварианты, инвариантные соотношения возможно открыть посредством наблюдений, размышлений.
В науке назрела необходимость переоценки ценностей, смены приоритетов. Дорогостоящие эксперименты следует заменить и дополнить по возможности компьютерным моделированием, теоретическими, семантическими и другими исследованиями понятийного и концептуального аппарата, напрямую не связанными с физическим воздействием на исследуемый объект. А это предполагает кардинальную переориентацию стратегии научного поиска, в какой-то степени изменение менталитета ученых. Наука будущего, видимо, должна быть более умозрительной.
Раскрытие объективных оснований абстракции, сущности процедуры измерения, причин ограниченной точности измерения сопряженных параметров может иметь большое практическое значении. Проведенные исследования позволили дать объяснение невозможности одновременного точного измерения сопряженных параметров и предложены способы изменения условий эксперимента позволяющие избежать ограничения на точность измерений. Взаимосвязь между законами и научными понятиями позволила построить иерархическую структуру понятий физики. Приведенный пример построения иерархии понятий в физике может послужить основой для создания аналогичной структуры в других областях знания.
Проведенный в работе анализ специфики процесса формирования абстракций и понятий позволяет взглянуть с единых позиций как на классическую физику, так и на ее новые направления, послужить предпосылкой для создания философии новой физики.
Апробация работы. Результаты работы докладывались на научных семинарах и конференциях профессорско-преподавательского состава Симферопольского государственного университета, Удмуртского государственного университета и филиала УдГУ в г. Кудымкаре, читались доклады в институте философии РАН и кафедре философии ИППК Московского государственного университета. Диссертация обсуждена и рекомендована к защите на кафедре философии ИППК ФДО МГУ.
Результаты работы опубликованы в четырех монографиях, восемнадцати статьях.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения, списка литературы. Объем диссертации 300 страниц. Библиография включает 217 наименований.
Эволюция представлений об основаниях научного знания
Проблема соответствия между используемым для описания реальности понятийным аппаратом и самой реальностью возникла, скорее всего, на заре человеческой культуры. Когда человек думает, он думает о чем-либо, когда он употребляет какое-нибудь название, оно должно быть названием чего-либо. И мышление, и речь требуют объектов вне себя. С точки зрения Парменида из этого следует, что существующее не может изменяться. Он считал: "Одно и то же — мышление и то, о чем мысль" [123]. Поскольку вы можете мыслить вещь или говорить о ней в любое время, то все, что может быть мыслимо или высказано, должно существовать всегда. Поэтому не может быть изменения, поскольку оно состоит в том, что вещи возникают или уничтожаются.
Мысль о том, что вещи и объединяющие их понятия имеют принципиально различную природу появилась, видимо, до Платона, но он наиболее последовательно и полно отразил эту идею в своей философии. Исследуя значение общих слов, Платон показал, что понятие отображает нечто отличное от всех предметов, характеризуемых данным словом. Смысл понятия никак не меняется при уничтожении одного из его денотатов или при возникновении нового объекта, подпадающего под это понятие. Идею понятия, существующую независимо от предметного мира, Платон считал существующей реально. Остальные наблюдаемые предметы, объединяемые понятием — несовершенные копии, существующие лишь в мнении. Например, Бог создал одного идеального человека, а наблюдаемые люди лишь копии, обладающие "формой" идеального человека (Для пояснения мысли Платона обычно приводят аналогию с реальным человеком, смотрящим в зеркало и его изображения, или о человеке и его тени на стенах пещеры). Знание возможно только о реальном (идеальном) человеке, а о кажущемся несовершенном человеке возможно лишь мнение.
Аристотель критиковал платоновскую теорию идей и противопоставил ей доктрину универсалий. Самым сильным аргументом против теории идей считается аргумент "третьего человека", который, кстати, отображен в "Пармениде" самим Платоном: если человек становится человеком потому, что он похож на идеального человека, то должен быть еще один более идеальный человек, на которого похожи они оба: и обыкновенный и идеальный человек. Тем самым Аристотель показал, что когда ряд индивидов имеет общий предикат, то это не может происходить из-за отношения к чему-то того же рода, что и они сами, но только по отношению к более идеальному. Другое дело, что если "третий человек" более идеален, чем "второй", как утверждает Аристотель, то непонятно, почему существующей объективной идеей Платона должен быть именно "второй человек"? Наиболее объективным оказывается "третий человек" и Платон, скорее всего, именно его бы отождествил с идеальной формой человека. Нет причин отрицать возможность наличия одной или нескольких идей предмета, имеющих меньший статус объективности и также являющихся копиями объективной идеи, созданной богом. Именно эти дополнительные идеи по современным взглядам можно отождествить с абстракциями.
Однако Платон считал, что наблюдая вещи изменчивого мира душа вспоминает объективные формы, с которыми она ознакомилась в мире идей прежде, чем попала в телесную оболочку. Поэтому необходимости в промежуточных идеях в процессе познания не возникает. Точнее говоря, такие идеи относились им к "мнениям", имели низкий гносеологический статус, в значительной степени были лишь произволом человеческого мышления. В отличие от Платона, Аристотель считал, что посредством абстракции можно наилучшим образом вести исследование, а мысленное разделение целого, свойственное абстракции, объективно оправдано многообразием свойств целого и их относительной независимостью. Поскольку обо всем можно говорить в разных аспектах рассмотрения, то "если, полагая что-то обособленно от привходящих свойств, рассматривают его, поскольку оно таково, то не получится никакой ошибки" [5].
Философия Аристотеля по сути является философией Платона, разбавленной здравым смыслом, и приближенной к требованиям эмпирического подхода и научного стиля мышления. Механическое соединение несовместимых взглядов сделало доктрину Аристотеля недостаточно ясной и внутренне противоречивой. У Платона идея вещи первична, сама вещь вторична, "идея" или "форма" вещи в принципе может существовать и без самой вещи. У Аристотеля предмет первичен, а его свойства или качества, отображающие его отношения и выражаемые через универсалии, вторичны. Например, можно сказать, что слива спелая. Согласно Аристотелю, свойство "спелости" не может существовать без сливы. Но все дело в том, что во-первых, свойство "спелости" может существовать без любой конкретной сливы, и во-вторых, слива не может существовать, не имея никаких свойств. Предлагаемое Аристотелем основание для разграничения между вещами и качествами, таким образом, представляется иллюзорным. Тем не менее теория универсалий была несомненным шагом вперед.
Отсутствие ясности в работах Аристотеля по данному вопросу привело к тому, что на протяжении всего средневекового периода у его последователей шли споры, что именно отображают общие понятия: существуют ли они реально "до вещей" (реалисты), либо реально существуют только единичные вещи, а универсалии появляются лишь в уме, "после вещи", в виде умственных построений (концептуалисты), или же служат только видовыми или родовыми названиями, словами для обозначения единичных вещей (номиналисты). В основе методологии платонизма лежит тезис, согласно которому членение мира в нашем мышлении происходит в соответствии со структурой идеальных умопостигаемых сущностей, скрытых за кулисами той сцены, на которой разыгрываются наблюдаемые явления [26, 27, 28]. Исходное допущение концептуализма состоит в том, что любое понятие есть продукт нашего ума, перерабатывающего в соответствии со своими субъективными целями материал чувственно данного в теоретические конструкты. Что касается номиналистов, то, соглашаясь во многом с концептуалистами, они выставляют, однако, более сильное требование: любые абстракции должны вводиться в теорию лишь как термины, смысл которых определяется контекстом.
Труды античных философов заложили семя, из которого сформировалось понятие абстракции в современном смысле слова. Античная логика опиралась в основном на дедукцию и необходимости в гносеологических средствах, отличных и от чувственных данных, и от идеи в платоновской интерпретации, не было. Понятия абстракции в принятом на сегодняшний день значении сформировалось через индукцию уже в Новое время, когда на первый план стала выходить практическая польза от знаний.
Гносеологические функции приборов
Исследуя особенности чувственного восприятия необходимо принимать во внимание своеобразную гносеологическую функцию приборов. Причем приборы используются современным человеком не только в экспериментальных исследованиях, но и в повседневном быту. Здесь можно перечислить очки, слуховые аппараты, тросточку плохо видящего человека. В принципе своеобразными приборами можно назвать даже животных, используемых на охоте, в качестве поводырей, для предсказания погоды и т.д. Но в рассмотрении гносеологических функций приборов целесообразно ограничиться научным оборудованием. В научных экспериментах и наблюдениях используются приборы. Если чувственную интуицию можно признать одним полюсом в познании, как наиболее удаленный от предметного мира, то приборы можно считать другим полюсом, наиболее приближенным к предметному миру. Более того, приборы сами принадлежат к предметному миру. Приборы являются гносеологическими посредниками между предметным миром и сознанием. Если отвлечься от проблемы измерения приборами и рассматривать приборы только через призму их воздействия на информационный посредник, то, как отмечал Ф.В. Лазарев, все приборы можно подразделить на усилители, анализаторы и преобразователи сигнала.
В связи с необходимостью а) преодоления ограниченности органов чувств, б) преобразования информации об исследуемом объекте в форму, доступную чувственному отражению, в) создания экспериментальных условий для обнаружения объекта, г) получения количественного выражения тех или иных характеристик объекта в процесс познания вводятся приборы, как особый класс посредников [79]. Таким образом, в процессе познания реализуется особый тип гносеологической ситуации, которую можно назвать приборной.
Что же такое прибор? Прибором можно назвать познавательное средство, представляющее собой искусственное устройство или естественное материальное образование, которое человек в процессе познания приводит в специфическое взаимодействие с исследуемым объектом с целью получения о последнем полезной информации.
Очевидно, что тот или иной материальный объект выступает в функции прибора не сам по себе, а лишь тогда, когда он присоединен к органам чувств в качестве особой надстройки над ними и служит спецефическим передатчиком информации. Каковы условия этого присоединения? Взаимодействие прибора и объекта должно приводить к такому состоянию регистрирующего устройства, которое может быть непосредственно зафиксировано органами чувств в виде макрообраза. Оно вытекает, в частности, из того факта, что сам человек "физически, как орудие исследования, представляет собой макроскопический прибор" [101].
Познавательная функция приборов состоит в максимальном усилении и расширении познавательных возможностей органов чувств. В зависимости от того, как тот или иной прибор выполняет данную функцию, все они могут быть разделены на три типа: 1) усилители, 2) анализаторы, 3) преобразователи [82]. Рассмотрим каждый из этих типов в отдельности.
Приборы-усилители. Приборы данного типа применяются в тех случаях, когда идущие от объекта сигналы имеют интенсивности, лежащие за порогом ощущений, или когда особенности среды затрудняют их непосредственное отражение. Очевидно, что воздействие прибора на сигнал изменяет в последнем лишь его характеристики как физического носителя информации. Прибор-усилитель (например, микроскоп) должен так изменить сигнал, чтобы он стал доступен соответствующему органу чувств. Во всех случаях техническая задача приборов-усилителей состоит в том, чтобы доставлять сигналы любым возможным способом от исследуемого объекта к органам чувств, не меняя при этом качественную определенность выходного сигнала по сравнению с сигналом на входе.
С каким бы типом качественных приборов человек ни имел дело, в конечном счете он получает информацию в виде чувственного образа. Однако в зависимости от используемого типа прибора гносеологический статус названного образа может быть различным. Какие же гносеологические особенности присущи образу, получаемому с помощью приборов-усилителей? Прежде всего такой образ возникает в результате непосредственного воздействия выходного сигнала на соответствующий орган чувств. Далее, поскольку качественная определенность сигналов на входе и, соответственно, на выходе, не меняется, то сохраняется модальность ощущений, составляющая образ. Изменения, которые претерпевают сигналы в приборе указанного типа, в принципе никак не влияют на характер показаний органов чувств. Поэтому эти показания в данном случае не требуют никакой особой интерпретации (здесь интерпретация связана с самим механизмом восприятия).
Таким образом, применяя приборы-усилители, в процессе познания, человек получает в каждом конкретном случае образ, который, будучи взятый с точки зрения конечного результата отражения, сохраняет гносеологический статус непосредственного чувственного образа исследуемого объекта. Однако отражение этого предмета, взятое как процесс, опосредовано используемым прибором (что можно назвать опосредованием первого порядка). Из сказанного вытекает, что теоретическая картина явления, которую наблюдатель воссоздает с помощью приборов- усилителей, может быть на заключительной стадии описана без всякого упоминания о самом приборе. Другими словами, происходит элиминация прибора из конечного познавательного результата.
Приборы-анализаторы. Необходимость использования приборов анализоторов связана с особенностями самого исследуемого объекта по отношению к поставленной задаче. В функцию приборов здесь не входит какое бы то ни было изменение сигналов, идущих от объекта; техническая задача приборов-анализаторов (например, спектроскоп, хроматографическая бумага, и даже в какой-то степени осветительные и нагревательные устройства, которые, на первый взгляд, не являются приборами вообще) состоит в том, чтобы путем непосредственного воздействия на исследуемый объект (в частности, путем механического, физического или химического его разложения) преобразовать его в такую форму, что появляется возможность получить с помощью органов чувств новую дополнительную информацию.
Рассмотрим в связи с этим конкретный пример. Допустим, требуется определить химический состав вещества. С помощью имеющихся в наличии у человека рецепторов (например, вкусовых или обонятельных) мы можем идентифицировать небольшое количество чистых химических элементов. Большинство химических элементов в нормальных условиях не создают информационных потоков, доступных рецепторам наблюдателя. Но даже если человек может определить основную химическую компоненту, например, сплава металла, он не в состоянии определить наличие других компонентов в сплаве.
Для создания потока сигналов между исследуемым объектом и наблюдателем вещество должно быть подвергнуто определенному воздействию. Например, сплав металлов помещают в электрическую дугу и получают спектрограмму - визуально наблюдаемое распределение спектральных линий вещества на фотопластинке. Расшифровка спектрограммы осуществляется путем сравнения ее со стандартной спектрограммой, на которой против каждой линии указана соответствующая длина волны. По известным длинам волн стандартной спектрограммы находят длины волн исследуемой спектрограммы. Так как каждый химический элемент излучает строго определенный набор длин волн, полученная спектрограмма позволяет определить все химические компоненты исследуемого сплава.
Таким образом, приборы-анализаторы формируют информационный посредник между объектом и наблюдателем, создают поток сигналов. Хотя восприятие, полученное с помощью прибора-анализатора, возникает в результате непосредственного воздействия выходного сигнала на соответствующий орган чувств, его соотнесение с исходным объектом оказывается опосредованным. Картина явления, которую воссоздает исследователь с помощью прибора-анализатора, предполагает в известной степени необходимость учитывать тот вклад, который вносит прибор в конечный результат познания (опосредование второго порядка).
Своеобразие отношения бытия и существования
Выше уже говорилось, что для отображения реальности с учетом как взаимонезависимости проявлений сущности многомерного объекта в различных конкретных условиях существования, так и независимости самой сущности объекта от условий существования необходимо использовать принципы интервальности и дополнительности. Адекватность отражения реальности может быть обеспечена совпадением интервальной структуры реальности и системы отображающих ее гносеологических средств. Однако с какой точностью реализуется совпадение интервальной структуры реальности с интервальной структурой гносеологических средств той или иной теории? Перед тем как ответить на этот вопрос, необходимо учесть бесконечное разнообразие проявлений сущности объекта, многоуровневость, многоплановость бытия объекта, а также рассмотреть процессы преобразования сигналов и энергии на всех промежуточных стадиях постижения сущности функционирующего объекта субъектом.
Для этого целесообразно разграничить понятия бытие объекта и понятие существования объекта ("В философии является аксиомой положение о нетождественности понятий . . . существования, бытия" [124]). Бытие и существование — два разных уровня проявления сущности объекта. Все актуально проявляемые в разнообразных средах свойства объекта относятся к уровню существования. Свойства объекта, инвариантные относительно среды как условия их конкретного проявления (свойства, проявляющиеся во всех средах, или ни в одной из конкретных сред) относятся к уровню бытия. Среда в данном случае понимается в самом широком смысле слова, как тот реальный контекст взаимодействия, в котором находится данный объект и актуализирует ту или иную его качественную определенность.
Существование объекта, т.е. проявление его свойств в конкретной среде, не может раскрыть его свойств как "вещи в себе". Существование объекта абсолютно вариабельно и ни одно конкретное проявление его сущности в конкретной среде не может претендовать на статус однозначно определенной сущности объекта. Если принять в качестве гносеологического статуса объекта одно из его многочисленных конкретных проявлений в различных средах, то встанет проблема обоснования выбора именно этого проявления. Такой выбор неизбежно предполагает произвол субъекта, осуществляющего выбор. Например, часы могут проявить себя как прибор для измерения времени, украшение, подарок, сувенир, игрушка для ребенка и т.д. Какое из конкретных проявлений часов как объективной реальности взять в качестве определяющей их сущность? Почему взрослый человек, считающий часы устройством для измерения времени, обязательно прав, а ребенок, считающий их игрушкой, не прав? Если правым считать только взрослого, то критерием истины признается возраст наблюдателя.
Мнение и взрослого, и ребенка, основано на их ощущениях, на их чувственном восприятии. Это восприятие может отобразить только одно из возможных свойств объекта. Субъективизм восприятия не позволяет в широких пределах использовать в практических целях само восприятие и отождествлять его (отражение, отображение) с сущностью объекта. Познание "вещи в себе" означает определенную независимость от среды. Атрибуты объекта, инвариантные относительно конкретной среды, характеризуют место объекта в мире, его внутреннюю взаимосвязь с универсумом, которая инвариантна относительно конкретной среды и, поэтому, не наблюдаема.
Закономерности бытия проявляются только в наиболее глубоких абстракциях, например, математических. Одной из таких абстракций является множество. Элементом множества может быть любой предмет, событие, факт и т.д. нашего мира. Может быть множество котов, мышей, ученых, приборов, множество множеств, множество утверждений. Множество котов, как конкретных, актуально проявляющих себя объектов нашего мира, не имеет ничего общего с множеством множеств. Между котами и множествами как элементами множеств нет ничего общего, проявляющего себя актуально, доступного наблюдению. Тем не менее те и другие имеют свойство быть элементами множества. Произведя тщательный анализ свойств кота невозможно обнаружить в нем свойство быть элементом множества. Это свойство инвариантно относительно всех возможных проявлений сущности кота.
Факт независимости сущности объекта от условий ее проявления в конкретной среде характеризует его бытие. Однако в силу своей инвариантности бытие объекта не наблюдаемо. Наблюдение предполагает взаимодействие между субъектом и объектом и, как следствие, изменчивость. Поэтому имеет смысл говорить об инвариантности свойств объекта и одновременно об проявлении этих свойств как изменчивой проекции в конкретной среде. Бытие объекта актуализируется через закономерности его вариабельного существования. Можно сказать, что инвариантами являются не сами наблюдаемые и чувственно воспринимаемые свойства объекта, а внутренняя, недоступная непосредственному наблюдению, связь между изменчивыми свойствами.
Рассмотрим более подробно вскрытые выше проблемы бытия и существования. Для начала рассмотрим, соблюдение каких условий необходимо для существования вещи в мире наблюдателя (части универсума, о которой субъект имеет представление).
Симметрия и инварианты в физике
Категория истины имеет безусловный характер и утверждает наличие чего-либо, абсолютное соответствие чему-либо. Другими словами, если исследователь постиг истину, он точно знает, что было, есть и будет, и почему. Однако наряду с законами, имеющими безусловный характер предсказания конечного результата, отвечающим на вопрос: "что будет?", в физике используются также законы вероятности и законы симметрии, отвечающие на вопросы "что может быть" и "что не может быть" (зачастую без ответа на вопрос "почему?"). Причем исследования в области теории вероятности, а также симметрии становятся все более интенсивными. Разумеется, в результате таких исследований нельзя получить знания, подпадающие под определения истины, отмеченные нами выше в п. 1) и 2). Лучше всего для обозначения знаний п. 3) подходит термин "инвариант". Если в исследованиях симметрии термин инвариант является общепринятым, то в исследованных стохастических процессов обычно используются другие названия. Тем не менее для общности используемых обозначений возникает необходимость применения слова инвариант. Причем не только в физике, но и в философии.
Все наиболее современные отрасли физики, например, физика элементарных частиц, по сути исследуют симметрию тех или иных полей. Элементарная частица представляется как "квант" калибровочного поля, переносящий преобразование симметрии. В частности, электромагнитное поле и его квант - фотон компенсируют асимметрию волновой функции заряженных частиц [181]. Представим для наглядности, что у нас есть три точки в пространстве, имеющие электрические потенциалы в5В, 15Ви10В. Если одновременно изменить потенциалы во всех точках на 5 В, симметрия системы не изменится, ни один внутренний наблюдатель такого изменения не заметит. Если же изменится на 5 В потенциал только одной из точек системы, то произойдет локальное нарушение симметрии. Однако изменение электрического поля (или переменное электрическое поле) индуцирует магнитное поле, что и приведет к возникновению электромагнитной волны, "переносящей" преобразование симметрии в пространстве. Локальное нарушение симметрии в пространстве будет распространяться как квант электромагнитного поля со скоростью света.
Симметрия кристаллов. Когда заходит речь о симметрии, в сознании большинства людей возникает представление о кристалле как объекте с геометрически правильной формой, а также о кристаллической решетке как упорядоченной пространственной структуре, в узлах которой расположены атомы или ионы химических элементов. Поэтому рассмотрение возможной роли категории симметрии в эпистемологии целесообразно начать с обсуждения симметрии свойств кристаллов. Операция симметрии представляется обычно как поворот на некоторый угол, в результате которого решетка оказывается полностью идентичной первоначальной. Если полное совмещение узлов решетки происходит при повороте на 180, 120, 90 или 60 угловых градусов, то говорят, что кристалл обладает соответственно осями симметрии второго, третьего, четвертого или шестого порядка. Люди, более близко знакомые с кристаллографией, знают и о других операциях симметрии, в результате осуществления которых кристаллическая решетка остается инвариантной. К ним относятся плоскость симметрии, центр инверсии, операция сдвига и т.д. Характеристики кристалла полностью определяются его симметрией (взаимным расположением атомов в кристаллической решетке). Они остаются неизменными, инвариантными при преобразованиях симметрии. Есть однозначная зависимость между свойствами кристаллов и преобразованиями симметрии, и для описания упорядоченных структур вводят понятие групп симметрии как совокупности преобразований, в результате чего кристалл остается инвариантным. Все многообразие реально существующих кристаллов можно свести к небольшой совокупности кристаллических групп симметрии и задавать свойства всей группы через характерные для нее преобразования симметрии.
В чем же причина возникновения упорядочения в кристаллах с симметрийной точки зрения? Устойчивость как внешней формы так и внутреннего строения обусловлены минимумом энергии системы в упорядоченном состоянии. Для своего существования упорядоченные структуры не нуждаются во внешнем воздействии, в причине. Внешнее воздействие, как правило, нарушает упорядоченность. Упорядоченная структура в кристалле существует потому, что она устойчивее неупорядоченной. Если внешнее воздействие, внешняя причина нарушила упорядоченность, кристаллический объект самопроизвольно стремится восстановить ее (возникают силы, стремящиеся вернуть систему в состояние равновесия). В естественных условиях невозможно получить чистые компоненты для роста совершенных кристаллов. Тем не менее почти каждый человек имел возможность любоваться красотой природных драгоценных камней. Чистота и однородность естественных кристаллов обусловлена тем, что в процессе многократных растворений-кристаллизаций в ходе их возникновения в горных породах все примеси и включения были вытеснены за пределы кристаллической решетки.
Точечная симметрия кристалла (симметрия его идеальной внешней формы) связана с симметрией или асимметрией физических свойств в межузловых взаимодействиях. Если бы в узлах кристаллической решетки были абсолютно симметричные атомы или молекулы, то из всего многообразия кристаллических структур реализовывались только кубические. Изменение внешней формы кристаллов и появление внутри них анизотропии в свойствах обусловлено как раз асимметрией структурных элементов решетки. Появление большого числа свойств на макроуровне является следствием появления сил, стремящихся компенсировать нарушение симметрии в межатомных взаимодействиях на микроуровне и перевести кристалл в состояние с минимумом энергии.
Существование в кристаллах магнитных свойств поддается объяснению с позиций устойчивости симметричных структур. Наличие в узлах кристаллической решетки нескомпенсированых магнитных моментов нарушает исходную упорядоченную структуру. При этом степень упорядоченности существенно уменьшается. Например, при повороте кристаллической структуры с хаотически ориентированными магнитными моментами произойдет совмещение ячеек, но магнитные моменты их не совместятся. Кристалл перестанет быть себетождественным после такой операции. Можно считать, что понижение симметрии кристалла, обусловленное появлением магнитного упорядочения, является следствием нарушения симметрии в межатомных взаимодействиях.