Ранее: Глава 5. Критика термодинамики информации
В это части книги обсуждение математики, физики и мира было проведено на уровне анализа работы физиков. Было показано, что без использования математических очков обсуждение классической термодинамики и статистической механики невозможно, а также рассмотрен процесс использования математических очков при обсуждении связи теории с экспериментами и измерениями.
В заключительной главе я коснусь вечных философских проблем, которые возникают при рассмотрении простого на первый взгляд вопроса — объективна ли физика. Начну с описания двух разных смыслов объективности из диссертации Л. В. Шиповаловой ‘Научная объективность в исторической перспективе‘:
‘В качестве позитивного определения объективности как значимой характеристики научного знания может быть названо следующее: во-первых, то, что оно содержательно имеет отношение к реальности существующей самой по себе (искомой в качестве объективной) и, во-вторых, то, что необходимой чертой его является беспристрастность, справедливость, непредвзятость и убежденность в общезначимости суждений.’
В то время как второе значение объективности не вызывает проблем, переход к первому значению приводит к неразрешимым противоречиям. При рассмотрении философской реальности самой по себе цвет пламени свечи относится к субъективным свойствам. Однако, это невинное утверждение соответствует переходу на позиции косвенного реализма в философии восприятия; в ней мир восприятий противопоставляется внешнему миру. В свою очередь попытка использования теории физики для преодоления субъективности восприятий сталкивается с неразрешимой проблемой статуса математических очков — принадлежат ли они внешнему миру или человеческому мышлению.
- Объективность как беспристрастность
- Опыт как чувственное восприятие
- Реальность сама по себе и математические очки
Объективность как беспристрастность
Второй смысл объективности включает в себя общезначимость, беспристрастность и честность. Предполагается, что можно исключить из рассмотрения личные интересы, и таким образом достичь согласия. На этом уровне проблемы с математическими очками не возникает, наоборот, они необходимы для введения в рассмотрение измерений, которые исключают субъективность наблюдений отдельных людей.
Физическая величина при таком рассмотрении является объективной, несмотря на то что ее понимание невозможно без использования математических очков. Энтропия как физическая величина является лучшим примером для демонстрации этого обстоятельства, поскольку все попытки представить себе энтропию без использования математических уравнений теории физики ничего не дают.
Это обстоятельство не представляет проблем с точки зрения экспериментальной физики. Было рассмотрено, как математические уравнения теории физики связываются с экспериментальными измерениями путем использования понятия идеального эксперимента; это является основой введения метрологии. С другой стороны, создание успешной метрологии и ее использование в практических работах служит подтверждением правильности теории физики.
Еще раз приведу пример создания термодинамических свойств веществ. Это результат совместной работы многих коллективов ученых. Создана успешная метрология и проведено огромное количество экспериментальных измерений; параллельно проведено много расчетов, связанных с решением уравнения Шрёдингера и вычислением статистической суммы; в ходе совместной обработки разнородных данных получены наиболее надежные оценки термодинамических величин и их погрешностей. В результате термодинамические таблицы позволяют эффективно решать практические задачи.
Тем не менее, с точки зрения философии описание работы ученых на таком уровне представляется социальным феноменом. Несмотря на то что проведение экспериментов уже включает в себя мир, в рассмотрении выше проигнорирован вопрос восприятий. Введение в рассмотрение утверждения о субъективности цвета пламени свечи приводит к разделению между миром восприятий и внешним миром. В таком ракурсе предполагается, что физика как естественная наука должна содержать знания о внешнем мире за пределами восприятий.
Опыт как чувственное восприятие
Согласно Шиповаловой в первом значении объективное противопоставляется субъективному, то есть, под реальностью самой по себе понимается то, что существует независимо от человеческого сознания. Восприятия принадлежат сознанию, поэтому возникает философская проблема о свойствах мира за пределами восприятий. Этот вопрос был разобран в моей предыдущей книге ‘Теория виртуального мира‘, а в этом разделе я лишь кратко опишу возникающие на этом пути проблемы.
Напомню, предложенную мной исходную ситуацию во введении к этой части. Несколько физиков сидят за столом, на котором стоит горящая свечка. Физики объясняют происходящие процессы; физики записывают математические уравнения, находят решения этих уравнений и параллельно проводят необходимые измерения. Теперь, рассмотрим диалог при обсуждении процессов горения в пламени свечи, стоящей на столе перед физиками:
А. Как ты думаешь, реакция сгорания происходит именно там, где мы видим пламя свечи?
Б. Конечно, какие могут быть в этом сомнения?
Ответ выше дан в рамках пространственных отношений обыденной жизни, поэтому можно представить себе такое продолжение диалога:
C. Разве вы не знаете, что цвет, который мы видим, является субъективным? Я вижу один цвет, а вы другие цвета, про которые я ничего не могу знать.
Переход к такой позиции был охарактеризован в предыдущей книге как ‘теория виртуального мира’; это более наглядный термин для позиции косвенного реализма в философии восприятия. Предполагается, что каждый из физиков находится в мире своих восприятий, а разные миры восприятий связаны между собой так называемым внешним миром. В предыдущей книге подчеркивалась, что такое объяснение, взятое в буквальном смысле слова, приводит к потере пространственных отношений обыденной жизни и тем самым к неразрешимым противоречиям при попытке ответа на исходный вопрос о пространственном местоположении протекания химических реакций в процессе горения.
В четвертой главе предыдущей книги ‘Что говорит наука?‘ были затронуты взаимоотношения физики, математики и мира. Настоящая книга является развернутым рассмотрением этого вопроса на примере классической термодинамики и статистической механики. Отличие с предыдущим рассмотрением связано с изменением терминологии. В предыдущей книге предлагаемая позиция была названа расширенным наивным реализмом, но такой термин уделяет слишком много внимания философии восприятия. Поэтому в этой книге я использовал выражение ‘позиция обыденной жизни’ и исключил рассмотрение восприятий.
Другое отличие связано с отказом от дихотомии ‘научный реализм’ и ‘научный антиреализм’. Введенная метафора ‘математических очков’ и термины ‘мысленная модель’, ‘экспериментальная физика’ и ‘экстраполяционизм’ более точно передают особенности использования математических уравнений в практической работе физиков. Это позволяет провести обсуждение связей между экспериментами и математическими уравнениями термодинамики и статистической механики на уровне анализа работы физиков.
В новой терминологии переход к косвенному реализму характеризуется как радикальный экстраполяционизм — происходит разрыв с экспериментальной наукой. Еще раз подчеркну, что из такого рассмотрения не следует вывод о ненужности философии. Это всего лишь попытка проведения нечеткой границы между естественной наукой и философией. С моей точки зрения рассмотрение результатов естественных наук периодически завершается переходом к той или иной философской позиции. Поэтому полезно задаться вопросом, где мы находимся — в рамках развивающейся исследовательской научной программы или далеко за границами экспериментальной науки.
Сказанное нисколько не исключает нейрофизиологические исследования. Можно представить, что нейрофизиологи изучают своими методами работу физиков во время исследования горения свечи. В данном случае я считаю, что обсуждение возбуждений нейронов в головах физиков ничего не прибавит к рассмотрению, проведенному в настоящей книге. Подобная ситуация рассмотрена в заметке ‘Эпистемология и онтология научной теории‘ (см. раздел Дополнительная информация). В ней обсуждается ситуация изучения моего мозга нейрофизиологами в ходе проведения экспериментов на масс-спектрометре.
Реальность сама по себе и математические очки
Использование математики в физике как решение проблемы перехода от мира восприятий к внешнему миру началось во время научной революции 17-ого века. Были введены понятия ‘первичные и вторичные качества’, когда человеческие качества (цвет, вкус, запах и др.) были отделены от свойств мира (протяженность, движение). Таким образом в физике остались только свойства, которые можно было описать математически.
Этот переход получил теологическое обоснование; кратко идею можно передать двумя слоганами: ‘Бог математик’ и ‘Бог не обманщик’. То есть, Бог создал мир при использовании законов, выраженных математическими уравнениями, а также Бог является гарантом того, что наши чувственные восприятия, передаваемые вторичными качествами, соответствуют внешнему миру.
Обзор ‘Неумолимые законы физики‘ (см. раздел Дополнительная информация) начинается с рассмотрения этого вопроса. Я вынесу сюда только цитату физика Пола Дэвиса, которая хорошо подчеркивает теологический характер законов физики, унаследованный современной физикой из тех времен:
‘Ортодоксальный взгляд на законы физики содержит длинный список свойств, принимаемых по умолчанию. Законы рассматриваются как вечные, неизменные, действующие с бесконечной математической точностью. Физические законы выходят за пределы вселенной и были напечатаны на вселенной снаружи в момент ее создания. Физический мир подвержен влиянию законов, но сами законы не зависят от того, что происходит во вселенной. Нетрудно увидеть, что данная картина произошла от монотеизма, где рациональное создание создало вселенную согласно набору идеальных законов. Асимметрия между неизменными законами и зависящими состояниями вселенной соответствует асимметрии между Богом и природой. Вселенная в ее существовании зависит от Бога, в то же время как Бог не зависит от вселенной.
Без всякого сомнения ортодоксальная концепция законов физики произошла напрямую из теологии. Самое удивительное, что данная точка зрения осталась без изменения даже после трехсотлетнего развития светской науки. «Теологическая модель» законов физики так укоренилась в сознании ученых, что она рассматривается просто как сама собой разумеющаяся.’
Со временем рассмотрение физики перешло на светские позиции, но в настоящая время тесная связь теории физики с математикой поднимает вопрос об объективности математики. Необходимо обсуждение статуса математики в мире самом по себе, то есть, речь идет о статусе математических очков — принадлежат ли они мышлению или самому миру. В другом варианте этого вопроса — является ли математика изобретением или открытием.
Отнесение математических очков к миру приводит к разным вариантам математического платонизма и к обсуждению в философии математики проблемы онтологии математики. Альтернативное решение, отнесение математических очков к изобретениям человечества, в силу невозможности рассмотрения физики без математических уравнений ведет к заключению о теории физики как изобретении человечества.
С моей точки зрения рассмотрение этих альтернатив является обсуждением перехода на одну из философских позиций и тем самым переходом на позицию радикального экстраполяционизма. Так, переход на ту или иную позицию не изменяет рассмотрение математики, физики и мира, проведенное в этой части книги.
Тем не менее, поставленные вопросы напрямую связаны с обсуждением картины мира и дебаты на эту тему без всякого сомнения полезны и интересны. С моей стороны могу только предложить два обзора: ‘Мысли о математике‘ и ‘Физики о математике‘. В первом рассмотрена история математики, история связи математики с физикой, а также отделение математики от физики; во втором собраны высказывания известных физиков о математике.
В заключение скажу, что вопрос о рассмотрении объективности, поднятый в диссертации Шиповаловой, следует дополнить обсуждением, что такое понимание, объяснение и описание. В конечном итоге представление о внешнем мире будет выражено нарративом, который включает обсуждение закономерностей с использованием элементов математики. Было бы неплохо рассмотреть критерии отнесения этого изложения к объяснению или описанию, а также рассмотреть, что обеспечивает понимание такого изложения.
Далее: Заключение. Что такое энтропия?
Информация
Лада Владимировна Шиповалова, Научная объективность в исторической перспективе, 2014.
Евгений Рудный, Теория виртуального мира, 2024.
Дополнительная информация
Эпистемология и онтология научной теории: Наука в рамках обыденной жизни. Научный реализм и антиреализм. Экспериментальная наука и экстраполяционизм. Философская позиция косвенного реализма и эксперимент в нейрофизиологии.
Неумолимые законы физики: История появления законов физики. Физики о законах физики. Физики о проблеме тонкой настройки вселенной. Физики о коэволюции законов физики и вселенной.
Мысли о математике: Подход Успенского и чистая математика. История математики: возникновение чистой математики. Математические структуры в чистой математике. Математическое доказательство и интуиция. Математика и мир.
Физики о математике: Подборка высказываний физиков о математике. Фейнман, Смолин, Хоссенфельдер, Грин, Вайнберг, Кэрролл, Дойч, Попов, Вонсовский, Гейзенберг, Эйнштейн, Тегмарк, российские физики о метафизике.