новая синергетика

5.1. Постнеклассическая физика и космология (космофизика)
Понятие материи в постнеклассическом естествознании
Материя и пространство являются наиболее фундаментальными понятиями науки познания и категориями философии. Тем не менее, в различных философских системах их содержание и сегодня еще понимается по-разному. Для идеалистической философии характерно, что она или совсем отвергает существование материи или отрицает ее объективность. Платон, в частности, рассматривал материю как проекцию мира идей, где сама по себе материя «ничто», то есть, для того, чтобы превратиться в реальность, в материи должна воплотиться какая-нибудь идея. У Аристотеля, материя также существует лишь как потенциальная возможность, которая может превращаться в реальность только в результате соединения ее с формой, иными словами, в конечном итоге, берущая свое начало от Бога. У Г. Гегеля материя проявляется в результате деятельности абсолютной идеи, абсолютного духа и именно абсолютные дух и идея, с его точки зрения, порождают материю.
В субъективистско-идеалистической философии Дж. Беркли материи нет вообще на том основании, что ее никто никогда якобы не видел и что, если изъять это понятие из науки, то этого никто и не заметит, ибо оно ничего не
означает. Он считал, что можно употреблять понятие "материя", но только
как синоним слова "ничто". Для Беркли существовать означает быть
потенциально воспринимаемым. Другие представители субъективного
идеализма (Э. Мах, Р. Авенариус и др.) открыто не отрицают существование
материи, но сводят ее к "совокупности (комплексам) ощущений". Материя,
вещь, предмет, по их мнению, представляют комплекс ощущений человека.
Именно ощущения человека создают, конструируют их.
В материалистической философии для всех философов-материалистов
характерно признание за материей ее объективного, независимого от
сознания (ощущений) существования. Уже древние философы (китайские,
индийские, греческие) в качестве материи рассматривали какое-либо
наиболее распространенное чувственно-конкретное вещество, которое они
считали первоосновой всего существующего в мире. Такой подход к
определению материи назван субстанциальным, ибо его суть составлял поиск
первоосновы (субстанции) мира. Например, древнегреческий философ Фалес
из Милета (VI в. до н.э.) считал, что все произошло из воды. Даже земля,
по его мнению, плавает на воде, подобно куску дерева. Представитель той
же школы Анаксимен утверждал, что все вещи происходят из воздуха, за
счет его разряжения, или сгущения (воздушные испарения, подымаясь вверх
и разряжаясь, превращаются в огненные небесные светила и, наоборот,
твердые вещества – земля, камни и т.д. – есть не что иное, как
сгустившийся и застывший воздух). Воздух находится в непрестанном
движении. Если бы он был недвижим, мы его бы никак не воспринимали,
когда он движется, он дает о себе знать в виде ветра, облаков, пламени.
Это означает по Анаксимену, что все вещи суть модификации воздуха, и,
следовательно, воздух есть общий субстрат вещей.
Гераклит первоосновой всего сущего считал огонь, как образ вечного
движения: "Этот космос, один и тот же для всех, его не создал никто из
богов и никто из людей, но он всегда был, есть и будет вечно живым
огнем, мерно возгорающимся и мерно угасающим". Очевидно, было трудно
представить, что в основе разнообразия вещей и процессов находится
что-то одно, поэтому философы стали рассматривать в качестве первоосновы
мира (материи) несколько веществ. Эмпедокл (V в. до н.э.) говорил о 4-х
элементах, как о корнях всех вещей: огне, воздухе (эфире), воде и
земле. Эти корни вечны, неизменны, не могут ни возникать из чего-либо
другого, ни переходить друг в друга. Все прочие вещи получаются в
результате соединения этих элементов в определенных пропорциях. Другой
древнегреческий философ Анаксагор учил, что мир состоит из бесконечного
числа "семян" - делимых до бесконечности частиц. В каждой вещи есть
частица каждой другой, в белом заключено черное, в черном - белое, в
тяжелом - легкое и т.д. Жизнь мира, - считал Анаксагор, - есть процесс.
Атомистический материализм связан с именами древнегреческих
философов Левкиппа и Демокрита (IV в. до н.э.). Материя отождествлялась
ими с бесструктурными атомами (атом в переводе с греческого -"неделимый"). По Демокриту, бытие складывается из движущихся в пространстве атомов и пустоты. Атомы геометричны (например, душа состоит из круглых атомов), не подвергаются никакому воздействию извне, неспособны ни к какому изменению, они вечны и неуничтожимы. Они обладают определенным размером, массой, могут сталкиваться друг с другом. Глазу атомы совершенно не видимы, - замечал Демокрит, но, однако, они могут быть вполне видимыми в умственном смысле. Жизнь, с точки зрения Демокрита, - это соединение атомов, смерть – разложение на атомы. Душа тоже смертна, ибо она может разлагаться на атомы, - учил Демокрит.
Взгляд на материю как на бесчисленное множество атомов, без
каких-либо заметных изменений, сохранялся в различных школах философского материализма вплоть до начала ХХ века. Отождествление материи с веществом (и с неделимыми атомами в его основе) был характерен и для французских материалистов XVIII века, и для Л. Фейербаха. Ф. Энгельс, основываясь на позициях атомистического материализма, в ответе на вопрос: существует ли материя как таковая, писал, что реально существует материя лишь в виде конкретных форм, объектов и не существует материи как бесструктурной первоматерии, не изменяемой формы всех форм.
Наиболее глубокие изменения происходили в конце XIX и начале XX века
в естествознании и, особенно, в физике, и они были столь фундаментальными, что породили не только кризис физики, но заметно затронули и ее философские
основания. Важнейшими открытиями, подорвавшими основы механистической картины мира, считают обнаружение рентгеновских лучей (1895г.), радиоактивности урана (1896г., А.Беккерель, Л. Кюри, М. Складовская-Кюри), электрона (1897г., Д. Томсон). К 1903г. были достигнуты значительные результаты в исследовании радиоактивности и обосновании ее как спонтанного распада атомов, была обоснована превращаемость химических элементов. М. Планком были созданы основы теории квантов, А. Эйнштейн раскрыл количественную связь между массой тел и энергией связи атомов. Объяснить указанные и другие открытия в рамках существовавшей механической картины мира не удавалось, и все чаще недостаточными признавались основы классического механического понимания физической реальности. Все это привело к коренному пересмотру прежних устоявшихся представлений о строении материи.
Вместе с тем, было разрушено и основное положение атомистического материализма о неделимости, неизменности и о неуничтожимости атома, что послужило поводом и для новых попыток опровержения материализма в свете новейших выводов естествознания. А.Пуанкаре, например, писал о «признаках серьезного кризиса физики, что перед нами - "руины" ее принципов, и их "всеобщий разгром", что "великий революционер радий" подорвал принцип сохранения энергии, а электронная теория свела на нет принцип сохранения массы». В результате он приходит к выводу, что все старые принципы физики и ее положения не соответствуют действительности, а являются лишь продуктами человеческого сознания.
Однако тезис о том, что в связи с новыми открытиями физики материя
якобы исчезла, был адекватно оспорен сторонниками, защищавшими философский материализм. Исследуя подлинный смысл выражения "материя исчезла" В. И. Ленин и другие утверждают, что исчезает не материя, а тот предел, до которого мы знали материю. Что исчезновение материи, о котором говорят некоторые ученые и философы, не имеет отношения к философскому представлению о материи, ибо нельзя смешивать философское понятие (термин) материя с естественнонаучными представлениями о материальном мире, и что с развитием естествознания закономерно происходит смена одного научного представления о мире (материи) другим, более глубоким и основательным. И такая смена конкретных научных представлений не может опровергнуть смысл и значение философского понятия (категории) "материя", которая служит для обозначения объективной реальности, данной человеку в его ощущениях и существующей независимо от них.
Преодоление трудностей, с которыми столкнулась физика, потребовало
анализа проблем не только физических, но и гносеологических. В итоге
в физике сложилось несколько школ, расходившихся в понимании путей выхода из кризисной ситуации. Некоторые стали ориентироваться на идеалистическое мировоззрение, хотя большинство физиков оставалось на позициях стихийного материализма. Этим положение в физике пытались воспользоваться представители спиритуализма и фидеизма и других идеалистических течений. Это привело и к тому, что революция в физике переросла и в ее кризис. «Суть кризиса современной физики, - писал В.Ленин, - состоит в ломке старых законов и основных принципов, в отбрасывании объективной реальности вне сознания, т.е. в замене материализма идеализмом и агностицизмом. "Материя исчезла" - так можно выразить основное и типичное по отношению ко многим частным вопросам
затруднение, создавшее этот кризис. Чтобы понять, какой смысл вкладывали некоторые физики в слова "материя исчезла", нужно учитывать историю науки».
Атомистическое мировоззрение утверждалось в естествознании в духе Демокрита, где под атомом понималась абсолютно неделимая, не имеющая частей элементарная частица. Точка зрения, согласно которой материя состоит из атомов, которые рассматривались в качестве некоей "неизменной сущности вещей", к концу XIX века разделялась большинством естествоиспытателей, в том числе и физиков. Поэтому открытия, свидетельствовавшие о сложности атомов и, в частности, радиоактивности как их спонтанного распада, были истолкованы некоторыми учеными как "распад", "исчезновение" материи. Именно на этой основе и делались выводы о крахе материализма и ориентированной на него науки. В.Ленин (и не только он) утверждал, что в действительности здесь имело место не крушение материализма как такового, но крах лишь его конкретной,
первоначальной формы, в том смысле. что материя, понимаемая как некая неизменная сущность вещей - это материя без движения, а это категория материализма недиалектического.
В этой связи В.Ленин отмечал, что: «Признание каких-либо неизменных элементов, "неизменной сущности вещей" и т.п. не есть материализм, а есть метафизический, т.е. недиалектический материализм». Материализм же диалектический рассматривает материю, как материю, движущуюся и поэтому «настаивает на приблизительном, относительном характере всякого научного положения о строении материи и свойствах ее». Соответственно этот тип материализма не связывался с конкретным содержанием физических представлений. Существенно для него лишь то, что движущаяся материя - это субстанциальная основа действительности, отражаемая человеческим сознанием. "Признание теории, - подчеркивал В.Ленин, - снимком, приблизительной копией с объективной реальности, - в этом и состоит материализм". Поэтому обнаружение того, что строение материи является гораздо более сложным, чем это казалось ранее, – это отнюдь не свидетельство несостоятельности материализма.
В.Ленин в связи с этим утверждал, что фраза «материя исчезает» - это не более, чем то, что исчезает лишь тот предел, до которого мы знали материю до сих пор. Исчезают такие свойства материи, которые казались раньше абсолютными, неизменными, первоначальными... и которые теперь обнаруживаются как относительные, присущие только некоторым состояниям материи. Ибо единственное свойство материи, с признанием которого связан философский материализм, есть свойство быть объективной реальностью, существовать вне нашего сознания". Неадекватность подобных рассуждений следует связывать с признанием лишь единственной формы существования материи, а именно в движении.
Диалектика процесса познания Гегеля ввела, в частности, понятие относительной истины как истины ограниченной и являющейся истиной лишь в определенных пределах. Материалистическая диалектика развила эти идеи в учение об объективной истине, понимая под ней процесс приближения знания к реальности, в ходе которого осуществляется синтез того положительного, что имеется в отдельных относительных истинах. Это была объективная истина. как единство последних, где они присутствуют в снятом виде, дополняя и ограничивая
друг друга. В этом контексте классическая механика истинна потому, что позволяет прогнозировать результат, при условии, если она применяется к макрообъектам с нерелятивистскими скоростями и при том уровне точности, который заложен в теорию аксиомами. Теоремы геометрии Эвклида также верны, если речь идет о пространстве с нулевой кривизной. Сегодня можно утверждать, что таким пространством является только абсолютно пустое пространство, как вид пространства, не содержащего материи ни в каком виде. Но современная физика еще не вполне корректно критикует классическую механику, хотя и с указанием границ ее применимости. Современная геометрия таким же не вполне адекватным образом включает и геометрию Эвклида.
Одной из причин, породивших кризис физики, считается понимание
некоторыми учеными относительной истины, как только относительной.
Этот так называемый гносеологический релятивизм, во многом был уже проанализирован еще античной философией. Однако существенным считается все же то, что "в каждой научной истине, несмотря на ее относительность, есть элемент и абсолютной истины", хотя с этим уже можно и нужно спорить. Положение, что единственное свойство материи, с признанием которого связан философский материализм, есть свойство быть объективной реальностью, воспринимается как указание на то, что, согласно материалистической диалектике, материя обладает лишь указанным единственным свойством. Единственное же свойство материи, с непризнанием которого связан философский идеализм, - это не только объективность, но и неуничтожаемость материи. Поэтому вопрос о недопустимости отождествления диалектико-материалистической категории "материя" с естественнонаучными представлениями о строении и свойствах материи также требовал адекватного решения. Как принято считать, что именно непонимание этого учеными, стоявшими на позициях стихийного материализма, на рубеже XIX-XX в.в. и стало одной из основных причин кризиса в естествознании.
Проблемы естествознания на рубеже XIX-XX в.в., еще раз показали, что кризисы совершенно естественный процесс познания и что кризисные ситуации возникали в процессе познания постоянно, и также постоянно заканчивались столь же революционными переходами на новый, еще более фундаментальный уровень познания. Иными словами лишь необратимость процесса познания всегда была очевидной в таких ситуациях, Принципиальные же трудности возникали всякий раз, когда наука, углубляя анализ сущности явлений, выявляла противоречия, объяснить которые существующая теория не могла. Необходимость их снятия и обуславливала интенсивную разработку новой теории и новой научной картины мира. Диалектика, в частности, и рассматривает противоречие именно как один из основных источников развития познания.
Философия, рассматривая материю, как философскую категорию, обозначающую объективную реальность не только в движении, тем самым, по сути, продолжала материалистическую линию. Но на этом пути она пришла к выводу о невозможности подведения категории «материя» под другое еще более фундаментальное понятие, за чем просматривалось лишь то, что такого понятия просто не существует и не может существовать. В этом смысле понятия «материя» и «объективная реальность» для материалистов являются синонимами. В этом контексте материя противопоставляется сознанию, при этом подчеркивается объективность, как независимость существования материи от сознания. Именно свойство материи существовать до, вне и независимо от сознания всегда и до сих пор определяет философско-материалистическое представление о материи. Такая философская трактовка материи признается обладающей признаком всеобщности и обозначающей всю объективную реальность. При таком понимании материи уже отпадает как бы и сама необходимость ссылок, на какие - либо физические свойства материи, знание о которых с этой точки зрения может быть только относительным.
Однако сегодня в этом контексте мы можем утверждать, что данная проблема может быть окончательно решена лишь при условии идентификации фундаментального уровня природы, который позволяет дать главную информацию о реалистическом понятии атома, как неоатома, и о самом человеке.
Материя, пространство, время, движение или системность, как объективная реальность характеризуются конечным количеством свойств только на фундаментальном уровне природы. Материальные вещи и процессы всегда конечны, а их локализованность, как относительная, всегда иллюзорна, т.к. рассматривается вне фундаментального уровня. Поэтому взаимная связь неоатомов всегда абсолютна, непрерывна и даже внутри синтезированных материальных объектов всегда однородна, и характеризуется внутренней структурой, т.е. прерывна только в объектах, относящихся к нефундаментальному уровню описания.
Всем материальным объектам соответственно присуща масса, но будь то масса покоя для любого вещества или масса движения для полей, или энергия потенциальная или актуализированная – все они связаны с массой неоатома. Поэтому нет оснований считать наиболее важными свойствами материи как это принято только все те же пространство, время и движение. Пространство характеризует протяженность и структурность только таких материальных объектов, образований и их соотношений с другими образованиями, которые не относятся к фундаментальному уровню природы. Время, как характеристика длительности и последовательности существования материальных образований в их соотношении с другими материальными образованиями может адекватно рассматриваться только в сочетании с фундаментальным понятием времени. Принципиально важным здесь является вопрос о том, в каком отношении пространство и время находятся к материи. По этому вопросу в современной философии существует, по крайней мере, более двух точек зрения.
Первую из них обычно называют субстанциональной концепцией пространства и времени, в соответствии с которой пространство и время являются самостоятельными сущностями, существующие наряду с материей и независимо от нее. Такое понимание пространства и времени рассматривается как независимость их свойств от характера протекающих в них материальных процессов. Субстанциональная концепция, которая ведет начало от Демокрита, наиболее конструктивное воплощение нашла в классической механике Ньютона. Идея абсолютного пространства и времени Ньютона соответствовала определенной физической картине мира и его взглядам на материю как на совокупность отделенных друг от друга атомов, обладающих неизменным объемом, инертностью и массой, и действующих друг на друга либо на расстоянии, либо при соприкосновении, но всегда мгновенно.
Пространство, по Ньютону, неизменно, неподвижно, его свойства не
зависят ни от чего, в том числе и от времени, они не зависят ни от
материальных тел, ни от их движения. Можно убрать из пространства все
тела, но пространство останется прежним, и его свойства сохранятся. Пространство Ньютона представляет собой вместилище, в которое помещена материя. Подобные взгляды у Ньютона сложились и на время. Он считал, что время течет одинаково во Вселенной и это течение не зависит ни от чего, а потому время абсолютно, ибо оно определяет порядок следования и длительность существования тех или иных материальных систем. В данном случае и пространство, и время выступают как реальности, которые в философском смысле являются высшими категориями по отношению к материальному миру.
Во второй концепции пространства и времени, называемой релятивистской,
пространство и время не являются самостоятельными сущностями, а представляют собой системы отношений, образуемые взаимодействующими материальными объектами. Соответственно свойства пространства и времени зависят от характера взаимодействия материальных систем. Принято считать, что релятивистская концепция ведет свое начало от Аристотеля, и наиболее последовательно представлена в неэвклидовой геометрии Лобачевского и Римана и в теории относительности А. Эйнштейна. Именно эти теоретические положения исключили из науки понятия абсолютного пространства и абсолютного времени, обнаружив якобы несостоятельность субстанциональной трактовки пространства и времени, как самостоятельных, независимых от материи форм бытия. И, что именно эти учения, особенно общая и специальная теория относительности обосновывали зависимость пространства и времени и их свойства от характера движения материальных систем.
Пространству и времени, как неразрывно связанным с материей всеобщим формам существования ее, стали приписывать в этом контексте целый ряд как общих, так и специфических для каждой из этих форм свойств. Общими свойствами пространства – времени считаются их объективность, и всеобщность, и как признание данных свойств, противопоставляют материалистическую трактовку пространства и времени их идеалистическим трактовкам, согласно которым пространство и время являются порождением сознания человека, а потому они объективно не существуют. К основным свойствам пространства относят протяженность, однородность, изотропность, как тождественность свойств по всем направлениям, и трехмерность. Специфическими свойствами времени считаются длительность, однородность, как тождественность всех моментов времени, одномерность, необратимость (и, или обратимость). Принято считать, что указанные свойства пространства - времени проявляются всякий раз особым образом в микро, макро и мегамире, а также в социальной сфере. Объективная непрерывность пространства - времени обусловливает движение материи, которое является основной формой ее существования, где движение материи - всегда абсолютно, а ее покой – всегда относителен. При этом движение принимается как всякое изменение вещей и процессов.
Представив изменение во времени пространственных характеристик объектов
и процессов их качественной определенностью и результатом их существования во времени, современная философия пришла к выводу, что движение в самом широком его понимании представляет собой единство моментов перемещения вещей и процессов и их изменения. Именно такой смысл часто вкладывают в термин "движение", когда утверждается, что материя не может существовать без движения. Существенным дополнением к этому принципу считается утверждение о том, что, в свою очередь, движение не может существовать без материального носителя (вещества или поля). Утверждение, что движение существует без материи, с точки зрения философов-материалистов считается столь же абсурдным, как и умозаключение о существовании материи без движения. Постнеклассическая интерпретация материи предлагает материалистам разделить эти два вопроса. В неразрывном единстве материи и движения материя исходна, а движение – производно, как следствие фундаментальных свойств частиц-неоатомов материи. Движение не подчинено материи, оно без нее невозможно. Сегодня можно говорить об этом уже более определенно и, в частности, по проблеме материи, пространства и времени можно сказать, что правыми можно считать и Демокрита, и Ньютона и Эйнштейна, но лишь в том смысле, что это просто разные уровни описания в соответствии с законно иерархии уровней описания науки познания. Но в концептуально едином контексте науки все они оказались неправыми, но каждый по-своему, хотя их теории весьма сложно переплелись, но таков ход развития познания.
Альтернативную материализму позицию занимает энергетизм В. Оствальда, который пытался свести материю и движение к энергии (отсюда название теории). Энергия в данной теории представлена как физическая мера движения, которую «энергетисты» объявляют всем сущим, что объективно существует в мире. Соответственно, материя, сознание и познание - это энергия, и, следовательно, материя и сознание являются производными от энергии и движения. Современная форма энергетизма (неоэнергетизм) связана с попытками доказательства на основе процесса превращения материи в энергию и принципа эквивалентности массы и энергии А. Эйнштейна. Однако эти попытки уже не могут считаться состоятельными, как в физическом, так и в философском отношении, в виду постнеклассического понимания принципа эквивалентности.
С физической точки зрения принцип эквивалентности массы и энергии
отражает пропорциональность взаимосвязи массы вещества и энергии ее
межатомных связей, где коэффициентом этой пропорциональности является
квадрат скорости света в вакууме. С философской точки зрения она как бы подтверждает, что вещи, имеющие массу покоя, объективно существуют и находятся в связи со столь же объективно существующими полями, не имеющими массы покоя (электрическими, магнитными, лептонными, микролептонными и т.п.). Это как бы подтверждает и принципиальное положение материалистической философии о возможности превращения всего во всё, в том числе и вещества в поле. Можно считать, что современная неклассическая физика теоретическим несовершенством своих основ породила и «энергетизм» и проблему
«безмассовости полей». Но сегодня эти проблемы решает концепция неоатомизма и идентификация фундаментального уровня природы.
Движению современным естествознанием приписывается ряд свойств, в т.ч. объективность, т.е. независимость существования от сознания человека, и что материя сама по себе содержит причину своих изменений. Отсюда следует и положение о бесконечности взаимопревращений материи. Во-вторых, движению приписывается всеобщность. Это означает, что любые явления в мире связны с движением как способом существования материи (отрицается существование объектов лишенных движения). Это означает также и то, что само содержание материальных объектов во всех своих моментах в отношениях определяется движением, выражает его конкретные формы (и проявления). В-третьих, движению приписываются несотворимость и неуничтожимость, что не вполне представимо, если причиной движения признать силу. Последовательный же философский материализм отвергает какое-либо рассуждение о начале или конце движения.
Ньютон допускал возможность божественного толчка, в то время как Е. Дюринг считал, что движение возникает из покоя через так называемый «мост постепенности». В явной или не явной форме в данном случае проводится мысль о некоем начале (исходе) движения. Такая позиция критикуется материалистами, последовательно защищая диалектический материализм. Тем не менее, утверждая принцип самодвижения материи, диалектики-материалисты одновременно, не вполне фундаментально раскрывают его механизм. По их мнению, опытом человечества и данными естественных наук подтверждено, что движение есть результат борьбы объективно существующих противоположностей, где в качестве примера приводится действие и противодействие в механическом движении по третьему закону Ньютона. К таким же примерам относят градиент температур (энергия) в тепловом движении, положительный и отрицательный электрический заряд, различие интересов людей и их объединений в
социуме при общественном развитии и т.п. Но все это представляется весьма сомнительным в контексте необходимости системного решения проблемы понятийного аппарата.
Против того, чтобы движению была приписана абсолютность, хотя и признавая всеобщий характер движения, выступает и философский материализм, который не отвергает существования в мире устойчивости и покоя. Однако последовательный философский материализм подчеркивает и относительный характер таких состояний материальных объектов. Это означает, что абсолютная природа движения реализуется всегда только в определенных, локально и исторически ограниченных, зависимых от конкретных условий, переходящих и, в этом смысле, относительных его видах. Именно поэтому считается, что всякий
покой (или устойчивость) – это момент движения, поскольку он преходящ,
временен и относителен. Покой – это как бы, движение в равновесии,
поскольку покой включен в совокупное движение, и он снимается этим
абсолютным движением. Следовательно, о покое как некотором равновесии,
моменте движения они говорят лишь по отношению к определенной точке
отсчета, и многообразные конкретные проявления движения могут быть
соотнесены с определенными материальными носителями. Принято считать, что это дало возможность классификации форм движения материи, где форма движения материи связана с определенным материальным носителем, и имеет
определенную область распространения и свои определенное законы.
Ф. Энгельс отмечал наличие пяти основных форм движения материи.
Механическое движение, связанное с перемещением тел в пространстве.
Физическое движение, как движение молекул. Химическое движение, как движение атомов внутри молекул. Органическое или биологическое движение, как движение, связанное с развитием белковой формы жизни. Социальное движение, как изменения в обществе. В настоящее время считается неправомерным физическое движение сводить только к тепловому движению. Соответственно современная классификация форм движения материи включает, как пространственное перемещение тел, электромагнитное движение, определяемое как взаимодействие заряженных частиц, гравитационную форму движения, сильное (ядерное) взаимодействие, слабое взаимодействие в процессах поглощения и излучения нейтрона, химическую форму движения, как процесс и результат взаимодействия молекул и атомов, геологическую форму движения материи, связанную с изменением в геосистемах, биологическую форму движения, как обмен веществ в процессах, происходящих на клеточном уровне, и социальную форму движения в процессах, происходящих в обществе. В этих условиях вопрос об унификации природы движений уже не обсуждается.
Развитие науки в направлении идентификации фундаментального уровня
природы внесет коррективы и в эту классификацию форм движения материи и,
представляет, что она будет осуществляться, исходя не из принципов современной неклассической науки, а из свойств фундаментальных объектов природы. Прежде всего, утрачивает свое значение принцип развития применительно к анализу форм движения материи, который не позволяет систематизировать их в соответствии с реальным процессом эволюции материальных систем. Это будет унификация в направлении от процессов механического перемещения неоатомов на фундаментальном уровне природы до процессов, происходящих в человеческом сообществе. Но более важную роль будет играть принцип связи каждой формы движения с набором фундаментальных материальных носителей.
Таким образом, снимается вопрос и об актуальности принципа генетической и
структурной обусловленности высших форм движения материи низшими в
современном понимании, потому что всякая менее фундаментальная форма
движения возникает на основе более фундаментальной и включает ее в себя
не только в снятом виде. Это по существу означает, что структуры,
специфичные для фундаментальной формы движения, не могут быть познаны
только на основе анализа структур менее фундаментальных форм. Но
сущность формы движения менее фундаментальных уровней, безусловно, может
быть познана только на основе знания содержания более фундаментальной по
отношению к ней формы движения материи.
Закон иерархии уровней описания науки познания, прежде всего, утверждает принцип не сводимости фундаментальных форм движения к любым другим в виду тог, что на фундаментальном уровне процессы идут только со скоростью света в вакууме. Данным законом утверждается и неправомерность экстраполирования свойств, форм и законов движения материи с одного уровня физических процессов на другие уровни. Это закон, по сути, утверждает иерархию всяких форм движения. В нефундаментальных формах движения фундаментальные его формы представлены не в "чистом", а в синтезированном (снятом) виде. Движения человека являются результатом сложных процессов биологического, химического и, прежде всего, процессов движения неоатомов со скоростью света в вакууме на фундаментальном уровне. Поэтому в такой постановке вопроса попытка создать чисто механический аналог движений человека становится вполне адекватной, хотя это уже уровень не классической механики, но заквантового детерминизма.
С другой стороны, становятся полностью обоснованными попытки
отыскания в нефундаментальных формах движения материи элементов его
фундаментальных форм. Наконец, можно полностью исключить и еще один
принцип, лежащий в основании классификации форм движения материи, а именно принцип связи каждой из форм движения с определенной наукой. Теперь в основе всех наук лежит только физика. Но этот принцип сохраняет свою актуальность, потому, что позволяет связать классификацию уровней движения с классификацией наук. В ряде случаев это просто практичнее. Новый принцип классификации форм движения материи позволяет непосредственно решить проблему редукционизма, и свести закономерности всех форм движения, включая
социальные, биологические, физико-химические и разных уровней физические
в итоге к закономерностям движения неоатомов на фундаментальном уровне природы.
Принципы классификаций форм движения материи, как считается, позволили критически отнестись и к витализму, как философскому течению,
абсолютизирующему специфику биологической формы движения и объясняющему специфичность всего живого наличием некоей особой "жизненной силы". Важнейшим свойством материи и материальных образований является их
системная организация, построенная в виде различных уровней синтеза материи. Система, как целое, но составленное из частей, представляет собой
комплекс взаимодействующих элементов, или, что одно и тоже
разграниченное множество взаимодействующих элементов, которые представляют неоатомы.
Практически любой, кроме неоатомов, материальный объект можно будет представить как систему, для этого необходимо выделить в нём его элементы-неоатомы, т.е. есть далее неразложимые компоненты системы. При данном способе рассмотрения, можно выделить как структуру, так и совокупность устойчивых связей между элементами и зафиксировать его характеристику, как
единого в своей основе образования. При таком подходе все подсистемы
можно разделить. Обычно их делят на целостные и суммарные. Целостная система - это такая, в которой все ее элементы не могут существовать изолированно друг от друга. Утрата или изъятие хотя бы одного ее элемента приводит к разрушению системы в целом. К целостным системам относят, например, галактики, скопления и сверхскопления галактик, звездные (солнечную)
систему, молекулы, симбиозы в органической природе, производственные
кооперации в экономической сфере общественной жизни и т.д. Отличительной
особенностью целостной системы является несводимость ее качества к
простой сумме качеств составляющих ее элементов.
К аддитивным системам обычно относят системы, свойства которых обусловлены суммой свойств, составляющих ее элементов, взятых изолированно друг от друга. Во всех суммативных системах, составляющие ее части могут существовать сами по себе автономно. Все в пределах Вселенной взаимосвязано и ни об одной совокупности не удастся сказать, что она полностью только суммативна. Известно, что системность может быть выражена и очень слабо, когда ее элементы обладают значительной независимостью по отношению друг к другу и к самой системе. Поэтому системный подход или, системное исследование материальных объектов предполагает не только установление способов описания отношений и связей этого множества элементов, но и, что особенно важно, выделение тех, которые являются действительно системообразующими, т.е. обеспечивают обособленное функционирование и развитие системы с фундаментального уровня.
В материальном мире эти функции могут выполнять только неоатомы, т.к. синтезированные элементы для этого статуса уже не подходят. Системный подход предполагает возможность понимания рассматриваемой системы и как системы более высокого уровня. Для системы обычно характерна иерархичность строения и последовательное включение систем более низкого уровня в систему более высокого уровня, и соответственно отношения и связи в системе при
определенном ее представлении сами могут рассматриваться как ее
элементы, подчиняющиеся соответствующей иерархии. Это позволяет строить
различные, не совпадающие между собой, последовательности включения
систем друг в друга, описывающие исследуемый материальный объект с
разных сторон. Именно в этом контексте единая наука рассматривает
систему физических взаимодействий от фундаментальных до гравитационных.
В современной науке широко используется метод структурного анализа,
при котором учитывается системность исследуемых объектов, где структурность
может быть интерпретирована и как внутренняя дифференцированность
материальной реальности и как способ существования материи. Структурные уровни материи обычно образованы из определенного множества объектов какого-либо вида и характеризуются особым способом взаимодействия между составляющими их элементами, где каждая из сфер объективной действительности включает в себя ряд взаимосвязанных структурных уровней. Внутри этих уровней доминирующими считаются координационные отношения, а между уровнями субординациональные связи.
Философский анализ материи признается необходимым условием при формировании научной картины мира и мировоззрения, и в данном случае оно оказывается, в конечном счёте, материалистическим, а не идеалистическим, потому, что таковы свойства объектов фундаментального уровня природы - неоатомов, из которых состоит все сущее этого мира. В свете изложенного
достаточно очевидно, что весьма важна роль определения понятия материи и в
понимании ее как основы для построения научной картины мира, а также решения
проблемы реальности и познаваемости объектов и явлений микромира и
космоса.
Такие определения материи, как: «... материя есть объективная
реальность, данная нам в ощущении», или «материя есть философская
категория для обозначения объективной реальности, которая дана человеку
в ощущениях его, которая копируется, фотографируется, отображается
нашими ощущениями, существуя независимо от них» могут быть признаны
вполне адекватными с конкретным уточнением, что есть фактически материя. В первом случае речь идет о материи как о категории бытия, онтологической категории, во втором - о фиксирующем ее понятии, категории гносеологической, и лишь открытие фундаментального уровня описания природы снимает все противоречия и расставляет все на свои места.
5.1.2 Постнеклассическая феноменология
Принцип фундаментальной структурной инвариантности. Обратимые (квазистатические) и необратимые процессы классическая термодинамика связывает с переходами термодинамических систем из одного равновесного состояния в другое. Такие переходы могут происходить под влиянием различных внешних воздействий, при этом система проходит через непрерывный ряд состояний, не являющихся, вообще говоря, равновесными. Для реализации процессов, приближающихся по своим свойствам к равновесному процессу, в классической термодинамике считается достаточным, чтобы процесс протекал достаточно медленно.
Постнеклассическая термодинамика утверждает, что сама по себе медленность процесса отнюдь не может являться достаточным признаком равновесия протекания процесса. Например, процесс дросселирования газа известный, как процесс и эффект Джоуля-Томсона, при котором газ перетекает из одного сосуда в другой через пористую перегородку под влиянием перепада давлений, могут быть сколь угодно медленными и при этом оставаться существенно неравновесными процессами. В постнеклассической интерпретации равновесный процесс, представляет собой непрерывную цепь равновесных состояний, и является обратимым лишь в том случае если его можно физически адекватно совершить в обратном направлении, и придти к исходному физическому состоянию, и при этом в окружающей среде не останется никаких изменений. На этом основании постнеклассический метод утверждает, что классическая термодинамика, по сути, не может дать адекватного представления и количественного описания действительно обратимых процессов. т.к. у нее нет определенности в доказательствах понятия и состояния равновесия. Для необратимых процессов она вообще устанавливает лишь некоторые неравенства и указывает направление их протекания.
В классической механике считается, что состояние системы полностью определено, если известны положения и скорости всех входящих в нее частиц, где для системы из N частиц необходимо знать 6N переменных. В классической термодинамике использовать динамическое определение состояния не удалось, поскольку макроскопическая система содержит большое число атомов и молекул, и определить 6N переменных невозможно. Классическая термодинамика посчитала, что, поскольку термодинамические величины описывают средние свойства системы, то для описания термодинамических систем в большинстве случаев этого вполне достаточно.
В действительности оказалось, что есть необходимость знать, по крайней мере, способность исходных декларируемых частиц термодинамической системы при определенных параметрах термодинамических процессов выделять другие виды частиц. Такую необходимость подтверждают, как законы механики, так и экспериментальные данные из различных разделов физики и космологии. В механике всегда требуется определять, каким конкретным частицам системы передается импульс внешней силы. Это необходимо точно знать и при совершении работы над системой. Поэтому существование в термодинамической системе не только исходно декларированных частиц, но и других видов, требует достижения определенности в этом вопросе. Если же при наличии различных видов частиц в системе импульс внешних сил непосредственно передается не декларированным частицам, то очевиден вывод, что это уже совсем иная термодинамическая система, которая принципиально отличается от той постановки вопроса, которая заложена в основу классической термодинамики.
Чтобы пояснить термодинамическое понятие состояния системы, в классической термодинамике обычно приводят несколько простых примеров, причем независимо от того являются ли декларируемыми частицами атомы, электроны, фотоны и т.д. Сегодня стало очевидным, что это не вполне корректно. Принцип фундаментальной структурной инвариантности постнеклассической термодинамики утверждает, что в зависимости от вида частиц и способности частиц выделять более мелкие частицы, будут меняться не только условия процессов, но и сами начала термодинамики.
Таким образом, постнеклассическая термодинамика и ее основополагающий принцип фундаментальной структурной инвариантности утверждают, что, прежде чем, выбрать адекватную систему начал термодинамики для описания того или иного процесса, необходимо иметь общее представление о составе частиц, входящих в данную термодинамическую систему, и главное об их способности делиться и трансформироваться в другие виды частиц. Важным является и то, какая самая фундаментальная частица в этом процессе может появляться. Поэтому, когда в системе, например, состоящей из химически однородной жидкости или газа определенного состава атомов и молекул измеряют температуру T, давление P и объем V, то необходимо понимать, какие и в каком количестве не декларированные частицы еще могут появиться в этой системе при тех или иных параметрах. Для определенного количества вещества в системе значения T, P и V в классической термодинамике не являются независимыми, и связаны соотношением
F (T,P,V) = 0
Это соотношение в классической термодинамике называется уравнением состояния, вид которого зависит от конкретных свойств вещества, и может разрешаться относительно любой из переменных путем выражения ее через другие переменные, т.е. состояние системы полностью определяется какими-либо двумя переменными. Однако ПФСИ утверждает, что состояние атомов даже при одной и той же температуре может быть принципиально различным. Это говорит о том, что понятие температуры принципиально не может быть связано с движением атомов и молекул. Оно связано с движением совершенно других частиц, и, следовательно, указанных трех параметров недостаточно для оценки состояния системы. К ним должен быть добавлен параметр, характеризующий состояние структуры атомов. Этим параметром может быть энтропия, правда с несколько иным физическим смыслом, нежели в классической термодинамике. Если дождаться действительно равновесных состояний системы, то отложенные по осям прямоугольной системы координат значения P и V, и точки на плоскости (P,V), которые изображают состояния системы, будут совсем иные, нежели представленные классической термодинамикой.
Однако принцип фундаментальной структурной инвариантности (ПФСИ) постнеклассической термодинамики утверждает, что и этого недостаточно для полного адекватного описания состояния системы. Учитывая, что при одной и той же температуре частицы системы могут находиться в принципиально различных структурных состояниях, то должен изменяться и структурный состав и уровневая видовая номенклатура в составе частиц. Соответственно период релаксации таких систем становится существенно более продолжительным и даже недостижимым таким путем. Для того чтобы перевести систему в исходное состояние ее потребуется нагревать до существенно более высокого уровня температур, причем не совершением механической работы над системой, а путем подвода теплоты. Поэтому такие системы должны переводиться в разряд систем, представляющих смесь из нескольких видов частиц, причем, что принципиально важно, различного уровня синтеза, например, атомы, электроны, фотоны и т.д.
Чтобы определить состояние неоднородной (гетерогенной) системы, состоящих из частиц одного уровня синтеза, например, из нескольких сортов атомов, в классической термодинамике ее разбивают на однородные подсистемы, и число таких подсистем может быть любым. Переменные, относящиеся к каждой из подсистем, связаны своим уравнением состояния. При этом некоторые переменные, относящиеся к различным подсистемам, могут быть связаны и друг с другом. Так, например, суммарное количество каждого химического элемента, содержащегося в различных подсистемах, должно равняться общему количеству этого элемента во всей системе.
Однако это совершенно иная ситуация, когда в системе присутствуют частицы разных уровней синтеза. Принцип фундаментальной структурной инвариантности (ПФСИ) не допускает тождественной трактовки начал термодинамики лишь для смесей частиц разных уровней синтеза, например для систем, содержащих кроме молекул, атомов и т.д. еще и фотоны. Проведение анализа систем с частицами одного уровня синтеза, но разных сортов (например, смесь атомов водорода и азота) допустимо описывать по общим законам, т.к. во всех системах присутствует фотонный газ. В классической термодинамике, которая характеризует системы значениями T, P, V и концентрациями различных частичных компонент, т.к. это частицы одного уровня фундаментальности (одного уровня синтеза). Частицы же выделяемые в результате распада таких исходных частиц являются более фундаментальными относительно исходных. Если в первом случае понятие теплоты может быть сохранено в смысле движения атомов и молекул, то во втором случае под тепловым движением следует понимать уже движение более фундаментальных частиц. Как утверждает постнеклассическая термодинамика, поэтому во всех случаях корректнее понимать под теплотой фотонный газ, а под температурой соответственно плотность фотонного газа.
Особо важными состояниями в классической термодинамике принято считать состояния равновесия систем. В классической термодинамике эти состояния характеризуют свойством систем не изменяться до тех пор, пока внешние условия остаются неизменными. В качестве примера обычно приводится газ, находящийся в сосуде постоянного объема, который остается в равновесии, если его давление во всех точках постоянно, а температура равна температуре окружающей среды. Однако это лишь декларация классической термодинамики, при которой не дается рецепта, как это достигается в реальности, и может ли быть достигнуто вообще. Классическая термодинамика рассматривает также состояния, в которых значения какого-либо параметра в различных точках различаются. Например, давление газа может быть различным в различных точках. Опыт показывает, что в таких состояниях существуют потоки массы газа, и эти состояния со временем изменяются. Такие состояния называют неравновесными. После истечения характерного времени, называемого временем релаксации, давление в различных точках должно выравниваться, что якобы соответствует переходу системы в равновесное состояние.
Классическая термодинамика считает, что процесс, протекающий со скоростью, значительно меньшей скорости релаксации, означает, что на каждом этапе процесса значения всех параметров успевают выравниваться, Такие процессы представляют собой последовательность бесконечно близких друг к другу равновесных состояний. Достаточно медленные процессы она называет равновесными. На диаграмме (V, P) равновесный процесс перехода системы из одного равновесного состояния в другое изображается кривой, соединяющей соответствующие точки. Однако реальные процессы и по данным самой классической термодинамики лишь в большей или меньшей степени приближаются к равновесным. Постнеклассическая термодинамика не находит возражений против такой постановки вопроса, кроме того, что определиться с периодом релаксации в условиях нарушенной структуры атомов весьма непросто. По крайней мере, так как это предлагает делать классическая термодинамика, постнеклассическая термодинамика не считает вполне корректным.
Равновесные процессы классическая термодинамика называет также обратимыми. Такой процесс якобы можно осуществить, если изменять внешние условия настолько медленно, что система успевает прийти в соответствие с изменившимися условиями. Например, якобы можно произвести обратимое расширение газа в цилиндре с поршнем, если медленно выдвигать поршень. Если же поршень выдвигать быстро, то в расширяющемся газе образуются потоки и промежуточные состояния будут неравновесными. Все это рассуждения классической термодинамики, по сути, имеют в виду, что атомы якобы остаются неизменными во всех указанных процессах, что принципиально ошибочно. Если перевели систему медленно из состояния 1 в состояние 2, то это отнюдь не означает, что систему можно перевести из состояния 2 в состояние 1 посредством обратного процесса, и что система будет проходить через те же самые промежуточные состояния, но в обратном порядке. «Медленно» и «обратимо» постнеклассическая термодинамика считает совершенно разными понятиями и соответственно разными процессами. Поэтому вывод классической термодинамики о том, что для этого якобы нужно лишь «медленно» изменять внешние условия, двигаясь в обратном направлении, является принципиально ошибочным.
Базовый закон постнеклассической термодинамики. Сегодня есть весомые логические и экспериментальные основания утверждать, что классическая термодинамика уже на уровне своей феноменологии концептуально встала на не вполне адекватный путь. По существу, это направление в физике следует интерпретировать, как классический путь развития физики, а феноменологию как классическую феноменологию. Соответственно классическая феноменология отразилась и на основах классической термодинамики, и как сегодня стало очевидных и на основах неклассической физики. В этом контексте классический феноменологический метод применительно к исследованию термодинамических процессов и соответственно его основы и основы классической термодинамики, как, оказалось, вошли в противоречие с законами науки познания и единым научным методом познания в целом. Именно по этой причине сегодня так важно зафиксировать принципиальное различие между классическим, неклассическим и постнеклассическим феноменологическими методами познания.
Суть феноменологического метода познания состоит в том, чтобы не учитывать при построении законов термодинамики или любой другой области знания особенностей структуры и состава термодинамических, механических или других видов систем, будь в их составе атомы, фотоны или космологические объекты. И в этом основная научная ценность феноменологического метода, особенно тогда, когда нет достаточной информации о структуре и природе материи. Учитывая же сложность природы, человечество может и не получить достоверной информации о строении фундаментального уровня природы. Соответственно применение феноменологического метода позволяет экстраполировать законы, в частности, термодинамики, полученные на базе любых систем, которые всегда действуют на основе совершенно адекватных фундаментальных сил. То есть законы, полученные, например, на основе атомно-молекулярных систем можно спокойно экстраполировать и на субатомную физику и на космологию, что сегодня для физиков не представляется вполне корректным. Например, понятия энтропии нет в субатомной физике, но оно имеет место в термодинамике.
Таким образом, феноменологический метод допускает исключение из анализа структурные особенности систем, но должен анализировать, причем предельно тщательно все внешние проявления процессов и их параметры. Когда же не вполне адекватно учитываются внешние, т.е. феноменологические проявления систем, или учитываются не все их возможные интерпретации, то неадекватность теории неизбежна, как это собственно и случилось с классической феноменологией и термодинамикой. Неадекватный анализ внешних параметров, проведенный в рамках классической и неклассической феноменологии привел в закономерном порядке к ошибочной теории, отраженной в классической термодинамике. В результате применения классического феноменологического метода, по сути, пострадала адекватность и всей физики. В результате современная экспериментальная физика строит и не вполне адекватно нацеленные ускорители. В частности, никакого хигсовского бозона обнаружить на колайдере не удастся. Фундаментальный уровень природы устроен совсем иначе. По существу, как показывает анализ, классической феноменологической термодинамике необходимо было в самом начале поставить и решать проблему волны-пилота, прежде всего, применительно к фотону. В противном случае, создаваемая теория заведомо обречена на ошибку феноменологического уровня, а с ней и на необходимость постоянно искать разрешения противоречий теории и подавлять инакомнение тех физиков, кого такая теория, как господствующая не устраивает принципиально. Именно это произошло с классической термодинамикой, и с ней со всей современной неклассической физикой в целом.
В результате вполне закономерно современная термодинамика, неклассическая физика, космология и все естествознание в целом получили в наследство целый ряд принципиально не имеющих решения в данной стратегии фундаментальных проблем. В частности, к таким проблемам следует отнести интерпретацию квантовой механики, редукционизм физики и биологии, необратимость процессов, дуализм концепции волны-пилота и ряд других, которые сегодня возведены в ранг якобы объективно отражающих столь сложное, а, по сути, отнюдь не реальное устройство мир. При этом соответственно господствующей физике уже все с большим трудом удается подавлять нарастающее и прорывающееся физическое инакомыслие. Все это не что иное, как цена за использование классической феноменологии, которая и в термодинамике стала господствующей не вполне объективно. Тем не менее, несмотря на теоретическую критичность данной ситуации в современной науке, за счет абстрактности математики она многое считает, но для человечества в целом разрешение этих проблем науки сегодня становится принципиально важным в контексте достижения высшей цивилизационной цели и высшей цели науки.
Адекватным общенаучным методом познания сегодня представляется только постнеклассический феноменологический метод науки познания, который может быть представлен и как постнекласический феноменологический метод познания применительно к термодинамическим и любым другим физическим процессам. Вообще анализ показывает, что именно термодинамика в этом контексте призвана стать базовой физической теорией, описывающей всю физику, включая и космологию. Применительно к термодинамическим процессам, как классический и неклассический феноменологические методы, постнеклассический метод также опирается на концептуальный анализ внешних (выходных) параметров термодинамических систем. Его отличие состоит в том, чтобы принципиально не абстрагироваться от анализа процессов, происходящих внутри систем, а также от анализа структуры и элементного состава систем. К этому выводу его подвигают такие феноменологические явления как передача теплоты и излучение. Не смотря на декларируемую частичную схожесть методов в этой части, эти методы принципиально различаются и по итоговой теории. Фактически классический и неклассический феноменологические методы (подходы) опираются на эмпирические данные лишь части объективно существующих термодинамических систем, а также используют лишь часть даже из тех феноменологически наблюдаемых систем, на базе которых были построены основные законы классической термодинамики.
Постнеклассический феноменологический метод подчеркивает необходимость учета всех эмпирических данных от самых различных по составу и действующим силам термодинамических систем. Доказывается, что созданная только в такой постановке вопроса термодинамика может корректно объяснять поведение любых систем независимо от того, какие фундаментальные силы, физические объекты, вещества и частицы входят в состав той или иной термодинамической системы (атомы, молекулы, планеты, звезды, галактики, вселенные, метавселенные и т.д.). Такая постановка вопроса удовлетворяет всем требованиям науки познания. Как оказалось классический и неклассический феноменологические методы этим требованиям не удовлетворяет.
Фактически суть классического феноменологического метода свелась к необоснованному «обрезанию» научного метода познания и соответственно необоснованно локализованной интерпретации понятия теплоты, как неопределенного внутреннего движения объектов системы. Классическая термодинамика приняла весьма противоречивую модель. Если в общепризнанном понимании всестороннее сжатие приводит к уменьшению подвижности объектов, то в ее понимании это приводит к увеличению скорости объектов. Тем не менее, ясно одно, что импульс переданный системе не может исчезнуть. Соответственно не вполне адекватно классической термодинамикой были интерпретированы и выходных параметров термодинамических процессов. Гипотеза классического феноменологического метода о допустимости исключения из феноменологического анализа физических объектов, излучаемых термодинамической системой, сегодня уже не выдерживает научной критики, т.к. исключать фундаментальные структурные изменения в термодинамических системах феноменологически недопустимо. Кроме того, необходимо учитывать, что поведение различных объектов под действием различных фундаментальных сил может принципиально не вписываться в «обрезанную» классическую феноменологию. Как следствие, сегодня классический (и неклассический) феноменологический метод должен быть признан и даже локально не вполне корректным.
В целом неадекватность классического феноменологического метода должна быть признана именно таковой и по той причине, что при построении законов (начал) классической термодинамики была использована лишь часть из того спектра данных, которые предоставляли наблюдения, хотя в соответствии с адекватным феноменологическим методом необходимо было учитывать все без исключения. Соответственно классическая термодинамика не вполне корректно оценила и целый ряд принципиально важных эмпирических данных, и, прежде всего, процессов излучения. В результате не было учтено различие в поведении таких систем как, например, содержащих космологические объекты и человека и систем, содержащих атомы. Соответственно не вполне корректно была интерпретирована суть процессов нагревания тел в результате трения, и не был феноменологически учтен сам факт излучения нагретыми телами, что с точки зрения адекватной постнеклассической феноменологии принципиально меняет подход к формированию основ термодинамики.
Постнеклассический феноменологический метод в отличие от классического и неклассического подходов считает принципиальным учитывать различие между космическими объектами, которые включают человека, и атомами, и потому принципиальную невозможность единого описания термодинамических систем состоящих из таких объектов в рамках законов классической феноменологии. В системах содержащих космические объекты должно корректно описываться и поведение человека, как одной из разновидности материальных объектов в таких системах, т.к. человек отнюдь не атом и не фотон. В отличие от них ему свойственно мышление. В виду того, что термодинамика претендует на корректное описание поведения любых макроскопических систем, независимо от их материального содержания, то различное поведение объектов становится принципиальным уже на уровне феноменологии. Принципиальным, оказалось, построить термодинамику таким образом, чтобы она могла описывать системы с различным уровнем фундаментальности действующих (доминирующих) в них сил. Например, в космологических системах доминируют гравитационные силы, а на уровне атомов – электромагнитные, и т.д. Постнеклассический феноменологический метод учитывает эти различия, и уже на уровне феноменологии отмечает, что любое нагретое тело, вне зависимости от материала, из которого оно изготовлено, излучает частицы более мелкие по сравнению с атомами, молекулами и другими материальными объектами.
Эти эмпирические факты имеют место во всех наблюдениях и опытах и также независимо от типа вещества и структуры термодинамической системы. И в этом смысле эти факты, по сути, являются фактами того же уровня, как и факты нагревания любых материальных тел, путем трения. Иными словами эти факты при построении законов термодинамики с необходимостью должны быть учтены как феноменологические. Постнеклассический феноменологический метод вполне логично ставит вопрос о принципиальной важности знания того, какие из излучаемых частиц являются наиболее фундаментальными, что это за частицы, откуда они берутся, и какими свойствами обладают. В этом контексте возможны, по крайней мере, два принципиально различных варианта интерпретации того, что происходит с частицами в различных термодинамических процессов.
Один из этих вариантов приводит к выводу о невозможности вечного движения материи в системе, без подвода к ней энергии извне. И именно этот вариант выбрала современная наука. Другой вариант такую возможность вполне допускает, и даже показывает в каких условиях это возможно. Если рассматривать интерпретацию «вечного двигателя» первого рода именно в контексте возможности вечного движения материи в системе без подвода к ней энергии извне, то постнеклассическая феноменология утверждает реальность такой возможности в природе, правда для человечества недостижимой в реализации. Также дело обстоит и с двигателем второго рода. Наука же должна адекватно описывать природу. Возможность же или невозможность реализации относится к совершенно другой области знания.
Сегодня необходимо признать, что такие объекты, как, например, звезды обладают способностью без совершения работы над ними со стороны внешних сил, а только за счет работы внутренних сил (гравитационных), излучать фотоны, чего принципиально не могут атомы в газе или фотоны в фотонном газе. Тем не менее, заставить атомы газа излучать столько фотонов, сколько необходимо также можно, но только путем совершения работы над системой внешними силами. По крайней мере, уже по этой причине у классической термодинамики, построенной, по сути, на основе ограниченной части наблюдений земных процессов нет оснований претендовать на универсальность описания применительно к любым системам. Как показал анализ, по этой же причине нет у нее оснований и для корректного описания и собственно атомно-молекулярных систем, не говоря уже об экстраполяции законов классической термодинамики на такие системы как вселенные.
Постнеклассическая феноменология приходит к выводу, что классическая феноменология из двух вариантов фактически приняла не вполне корректный вариант интерпретации, в том числе, и сугубо земных процессов, в частности, процессов, связанных с нагреванием тел трением и их излучением. Постнеклассическая феноменология отмечает, что любым нагретым телом излучаются материальные частицы, которые реально могут и излучаться, и поглощаться материальными телами, входящими в состав термодинамической системы. Тем более что это реально наблюдаемые, причем сугубо феноменологические факты (не зависящие от вещества системы), которые характерны для всех реальных тел и процессов в природе, в том числе для процессов трения. Учитывая, что эти частицы излучаются, т.е. находятся в движении, то, как и любые другие материальные объекты, они обладают массой, скоростью и импульсом, и естественно поставить весьма принципиальный для термодинамики вопрос о том, каким из фактически находящихся в термодинамической системе частицам передается импульс внешних сил при совершении работы над системой (либо системой над внешними силами), так и в отсутствии таковой. Но главный вывод состоит в том, что не учитывать того факта, что интерпретировать эти процессы можно, по крайней мере, в двух вариантах классический термодинамический метод не имел права. Второй вариант классическая термодинамика просто проигнорировала, хотя, как показывает анализ, именно он является более адекватным. Классическая же термодинамика, построив свои законы без феноменологического учета излучения, предложила фотонный газ рассматривать как одну из термодинамических систем в рамках классических законов, что не представляется вполне корректным.
Необходимо рассматривать оба варианта природы излучения нагретых тел. Классический вариант рассматривает излучение, как некую волну, которая является результатом колебания основных «декларируемых» частиц системы, т.е. атомов и молекул, которые остаются при этом неизменными, прежде всего, по массе. Постнеклассический же вариант считает, что из излучаемых частиц состоят и атомы и субатомные элементарные частицы и все другие материальные объекты, т.е. являются их составными массовыми частями. Именно поэтому массы атомов следует считать изменяемыми в термодинамических процессах. Излучаемые частицы-неоатомы отделяются от атомов порождая волну – фотон. Таким образом, в процессах излучения происходит уменьшение, а в процессах поглощения - увеличение массы атомов. Именно в этом состоит принципиальное различие феноменологий классической и постнеклассической термодинамики, и интерпретации концепции волны-пилота для фотона.
Соответственно постнеклассическая феноменология утверждает возможность при определенной температуре (которая представляется постнеклассической термодинамикой как максимально возможная в природе температура) полного превращения всех материальных объектов, вплоть до космических в континуум указанных частиц, а при расширении до определенного объема в континуум физического вакуума. При этом суммарная масса системы, безусловно, всегда останется неизменной, и, следовательно, путем совершения работы над системой можно получить лишь конкретное количество теплоты, ограниченное массой системы. Таким образом, любые материальные объекты путем превращения в такую фундаментальную форму материи могут быть полностью перенесены в другую систему в пределах физического вакуума через излучение. В этом принципиальные различия классических (и неклассических) и постнеклассических представлений о процессах, происходящих на фундаментальном уровне природы. Классические и неклассические представления о природе процессов на фундаментальном уровне, поэтому допускают возможность путем бесконечного совершения работы над системой получить бесконечное приращение ее внутренней энергии, что соответственно не допускает возможности вечного движения материи в системе без подвода энергии извне. Постнеклассические представления, соответственно, не допускают бесконечного приращения внутренней энергии (импульса) за счет совершения работы над системой внешних сил, и допускают существование систем, тела которых могут бесконечно находиться в движении без подвода энергии извне. Таким образом, должны существовать системы, в которых осуществляется полное преобразование кинетической энергии в потенциальную энергию, и наоборот, и так до бесконечности. В качестве реального примера таких систем постнеклассический метод приводит вселенную. Тем не менее, приходится констатировать, что классическая термодинамика, а с ней и вся современная физика и космология выбрали первый вариант, не смотря на то, что постнеклассическая феноменология и термодинамика более адекватным все же считают второй вариант, который эквивалентность массы и энергии также представляет в несколько иной интерпретации.
Далее постнеклассический феноменологический метод закономерно ставит вопрос о том, что корректнее понимать под теплотой - либо движение атомов и молекул, как это делает классическая и неклассическая термодинамика, либо движение частиц, излучаемых системой и являющихся более фундаментальными, чем атомы и молекулы. Естественно тогда иначе ставится вопрос и о том, что же реально происходит в термодинамической системе при совершении над ней работы внешними силами, точнее каким частицам передается импульс внешних сил, совершающих работу над системой – атомам и молекулам, как это считает классическая и неклассическая термодинамика, или частицам, представленных в излучении. И соответственно, какие частицы системы отдают свой импульс, когда работу совершает сама система над внешними силами. Это принципиальнейший вопрос для основ термодинамики. Постнеклассическая термодинамика корректным считает второй вариант. Убедительным экспериментальным аргументом в пользу концепции унифицирующей движительной субстанции применительно к тепловому движению можно считать, прежде всего, аналогичность результатов независимого анализа броуновского движения, в полости, содержащей газ, или в полости, содержащей «черное излучение», хотя эти данные являются лишь дополнительным эмпирическим аргументом. Из этих данных следует, что первичным инициатором движения в обоих опытах вполне можно считать фотонный газ.
Исходя из выше представленных рассуждений и выводов постнеклассического феноменологического метода, должна строиться соответственно и вся аксиоматика постнеклассической термодинамики, которая требует введения еще одного закона (начала), как приоритетного и определяющего всю структуру термодинамики, т.е. базового начала термодинамики.
Базовое начало (базовый закон) постнеклассической термодинамики может быть интерпретирован как принцип фундаментальной структурной инвариантности термодинамических систем. Одна из его возможных формулировок может быть представлена так: «В термодинамических процессах не могут образовываться физические объекты (частицы) более фундаментальные, чем представленные в излучении нагретых тел». Принцип фундаментальной структурной инвариантности термодинамических систем может быть интерпретирован и как постнеклассический квантовый принцип, который отражает возможность превращения в излучение всей массы вещества системы посредством совершения над системой термодинамической работы, т.е. передачи системе соответствующего по величине всестороннего импульса.
Передача импульса, составляющим систему материальным объектам (частицам), возможна лишь в двух вариантах: либо со стороны внешних сил (совершения над системой работы внешних сил), либо (и) со стороны внутренних сил системы. Таким образом, базовое начало постнеклассической термодинамики утверждает также возможность передачи части и даже всей массы той или иной системы через излучение другой системе. В еще одной интерпретации, по существу, это закон общефизической эквивалентности массы и энергии, но с принципиально уточненным видом понятия энергии, под которой может пониматься только фотонный газ, как движение структурных единиц физического вакуума (неоатомов).
Нулевое начало классической термодинамики или принцип температуры в контексте постнеклассического феноменологического метода и базового принципа фундаментальной структурной инвариантности также претерпевает принципиальное уточнение. Нулевое начало (нулевой закон) постнеклассической термодинамики становится скорее принципом теплоты, чем температуры. Одна из его возможных эквивалентных формулировок может быть представлена в следующей редакции: « Под теплотой следует понимать движение наиболее фундаментальных физических объектов системы, которое отражено в движении различных (нефундаментальных) объектов системы (тепловом движении) и в ее излучении. Движения нефундаментальных материальных объектов системы рассматриваются как результат взаимодействия движущихся фундаментальных частиц (фотонного газа), а также взаимодействия между всеми материальными объектами системы». Понятие температуры постнеклассическая термодинамика соответственно отождествляет с плотностью газа указанных фундаментальных частиц. Таким образом, нулевой закон постнекласической термодинамики под теплотой фактически предлагает понимать фотонный газ, представленный в структуре излучения нагретых тел. Понятие температуры, соответственно, интерпретируется как плотность фотонного газа, как газа наиболее фундаментальных частиц, который находится в динамическом равновесии со всеми объектами термодинамической системы. Излучение в этом контексте представляет собой часть полной теплоты системы, и может быть представлено как излучаемая теплота, в отличие от теплоты, отраженной в тепловом движении, например, атомов и молекул.
Первое начало (первый закон) термодинамики в контексте феноменологического метода, базового и нулевого начал постнеклассической термодинамики также приобретает новый смысл и новую формулировку, в отличие от того, как оно представлено в классической термодинамике. Первое начало постнеклассической термодинамики можно интерпретировать как принцип термодинамической работы. Понятие термодинамической работы является новым понятием, которое вводится постнекласической термодинамикой. Постнеклассическая формулировка первого начала может быть, например, представлена, как: «Приращение внутреннего импульса (энергии) термодинамической системы возможно как за счет подвода к системе теплоты, так и путем совершения над системой термодинамической работы». Термодинамическая работа над системой может быть совершена как внешними, так и внутренними силами системы, и в этом ее принципиальное отличие от механической работы. Работа подсистем системы, например, атомов, рассматривается как работа внутренних сил системы, которая совершается постоянно в квантовом дискретно-периодическом режиме в состоянии термодинамического равновесия. При макроскопическом равновесии изолированной системы ее атомы всегда находятся в состоянии динамического равновесия с фотонным газом. В этом состоянии атомы периодически излучают и поглощают фотоны (неоатомы в движении) системы. Атомы «пульсируют». Поглощая фотон (неоатом) атом увеличивает свой объем. Соответственно, излучая фотон (неоатом) атом уменьшается в объеме. Чем выше температура системы (плотность фотонного газа) в состоянии равновесия тем фундаментальнее становится уровень взаимодействия фотонного газа и атомов. При определенных уровнях плотности фотонного газа начинает разрушаться и сама структура атома (многоступенчатая ионизация, распад ядра атома на протоны и нейтроны и т.д.) Часть массы фотонного газа, отраженная в тепловом движении и в излучении, при этом также периодически либо уменьшается, либо увеличивается. Соответственно изменяется и соотношение в суммарном внутреннем импульсе системы между суммарным импульсом фотонного газа и суммарным импульсом атомов системы.
Сообщение импульса объектам термодинамической системы со стороны внешних сил, и соответственно повышение плотности фотонного газа (температуры) возможно, как за счет подвода теплоты, так и за счет совершения термодинамической работы над системой. При совершении работы над системой передается импульс внешних сил фундаментальным объектам системы (неоатомам), которые в результате этого, отделяясь от атомов или других материальных объектов, становятся фотонным газом. При совершении работы системой над внешними телами наблюдается обратный процесс, при котором происходит поглощение фотонного газа, с увеличением массы нефундаментальных объектов системы. При этом импульс передается внешним телам, над которыми совершает работу система. В случае равенства внутренних сил термодинамической системы и действующих на нее сил внешней среде импульс также передается, но периодически то в одну сторону, то в другую. Это динамическое равновесие. Причем чем выше уровень сил, тем соответственно больше и импульс динамического равновесия. Поэтому правильнее говорить, что при совершении работы над системой (или системы над окружающей средой) частицам системы (частицам окружающей среды) передается импульс внешних (внутренних) сил. Каким частицам при этом передается импульс конкретно, указывает только базовый принцип постнеклассической термодинамики. При этом приращение количества теплоты и ее плотности за счет совершения работы никогда не может превышать разности общей массы системы и массы ее свободного фотонного газа (т.е. отраженного в тепловом движении и в излучении) при данной его плотности (температуре).
Постнеклассическая термодинамика представляет собой науку о закономерностях совершения термодинамической работы и передачи импульса внешних сил физическим объектам, составляющих термодинамические системы.
Принцип постнеклассического термодинамического метода состоит в том, чтобы учитывать, по крайней мере, качественно закон поведения фундаментальных частиц в макроскопических системах, исходя из корректных (доказуемых) представлений о возможных структурных изменениях (либо неизменности) частиц в системе, и опираться на движение наиболее фундаментальных микроскопических частиц, постулируемых заведомо как структурно-нечувствительных.
Данный принцип является следствием законов науки познания и концепции унифицирующей субстанции материального мира, где в качестве такой унифицирующей субстанции принята неделимая структурная единица физического вакуума - неоатом. Именно эта концепция указывает на те объективные физические различия теплоты и термодинамической работы, которые, по сути, не были адекватно учтены классической термодинамикой. Поэтому устранение указанных противоречий позволяет постнеклассической термодинамике претендовать не только на адекватное описание имманентных процессов в системах атомно-молекулярного уровня, но и в качестве основы всей постнеклассической физики. В частности, один из ее выводов гласит, что претензии классической термодинамики на описание любых по составу частиц систем, вообще говоря, не имеют под собой достаточных оснований. Принцип фундаментальной структурной инвариантности (ПФСИ) термодинамических систем позволяет, в частности, с новых позиций подойти и к проблеме интерпретации квантовой механики и релятивистской квантовой гравитации. Постнеклассическая термодинамика становится фактически дисциплиной адекватно объясняющей суть процессов, происходящих на предельно фундаментальном уровне природы.
Как отмечалось, постнеклассическая термодинамика опирается на принципиально новую аксиоматику, именуемую постнеклассической аксиоматикой, которая, представляется, позволяет разрешить не только исторически сложившиеся противоречия классической термодинамики, но и устранить вновь возникшие проблемы, в частности, при объяснении теплофизических свойств металлических стекол и космических процессов, и других подобных состояний вещества. Существует необходимость и в более адекватном (непротиворечивом) описании и «традиционных» термодинамические явлений и процессов. Новая аксиоматика позволяет сформулировать новый подход и к устранению одного из наиболее важных и фундаментальных противоречий между классической термодинамикой и механикой, которое связано с обратимостью процессов механики и необратимостью термодинамических процессов. Решение этой проблемы необходимо и в связи с необходимостью редукции различных разделов физики с целью создания и основ концептуально единой науки.
Основу новой аксиоматики термодинамики представляет более фундаментальный относительно четырех начал классической термодинамики общефизический принцип. Данное фундаментальное начало термодинамики интерпретированное как «принцип фундаментальной структурной инвариантности термодинамических систем», утверждает необходимость уточнения интерпретации и всех четырех имманентных «классических начал» классической термодинамики (нулевого, первого, второго и третьего начал). Постнеклассическая термодинамика, вводя принцип фундаментальной структурной инвариантности (ПФСИ) термодинамических систем, как базовое начало (закон), фактически распространяет свое основополагающее влияние не только на термодинамику, но и на физику и космологию.
Сохраняя актуальность принципа температуры в статусе нулевого закона термодинамики, принцип фундаментальной структурной инвариантности в постнеклассической термодинамики дает принципиальное уточнение его физического смысла и формулировки этого принципа. При этом уточняются также понятия теплоты и температуры в соответствии с иерархией законов науки познания. Нулевой закон термодинамики представляет собой закон, как непосредственно следующий из более общего и более фундаментального по отношению к нему закона фундаментальной структурной инвариантности термодинамических систем и законов науки познания.
Принцип фундаментальной структурной инвариантности термодинамических систем изменяет в постнеклассической термодинамике также и актуальность первого закона классической термодинамики, оставляя его также в ранге первого закона. Тем не менее, первое начало в постнеклассической термодинамике дается в принципиально новой интерпретации, ввиду того, что принцип фундаментальной структурной инвариантности требует учитывать вновь выявившиеся принципиальные физические различия между теплотой и механической работой. В итоге это привело к выводу о необходимости применения при интерпретации термодинамических процессов закона сохранения импульса вместо принципа сохранения энергии.
Постнеклассическая термодинамика с новым уровнем понимания физического смысла термодинамических процессов и его параметров предстает, по сути, как физика неоатомизма, которая приобретает основание распространять свое влияние на все разделы физики и космологии, и выступить в качестве основы всего постнеклассического естествознания. Неоатомизм в этом контексте становится также основой и принципиально новой, физически адекватной математики, для которой он совместно с законами науки познания предстает как теоретическая система существенно более общая относительно теоретической системы собственно абстрактной математики, а также новой физически адекватной математики, приходящей в этом контексте на смену абстрактной математике. К этому можно лишь добавить, что постнеклассическая термодинамика претендует и имеет для этого все основания стать и одним из трех «краеугольных камней» единой науки, наряду с наукой познания и научным обществоведением.
ПФСИ утверждает, что в любых термодинамических системах, кроме системы фундаментального уровня (фотонный моногаз особо высокой плотности, при которой не могут существовать другие виды элементарных частиц), во всех процессах участвуют частицы различных уровней синтеза, по крайней мере, частицы фундаментального уровня. Например, в атомно-молекулярной системе могут появиться и свободные электроны, и ионы, но всегда будут присутствовать, причем рождаться в процессе, по крайней мере, фотоны.
Понятие механической работы применительно к термодинамическим процессам классической термодинамикой было взято из классической механики в интерпретации закона сохранения энергии. Однако сегодня следует признать, что для термодинамики такая интерпретация работы совершенно чужда, хотя перемещения тел под действием силы в ней даже более адекватно отражают, происходящие в термодинамической системе фундаментальные процессы, чем в механике. Тем не менее, более характерным для термодинамики следует признать понятие «равновесия» как механического, так и теплового, которое, по сути, следует также интерпретировать как механическое, точнее даже как квантово-механическое равновесие, но не в неклассическом понимании квантовой механики, а в постнеклассическом.
Поэтому в постнеклассической термодинамике весьма важным является утверждение, что независимо от того, будет ли увеличение объема системы, например, при выдвижении поршня в системе с газом, происходить за счет совершения работы самой системой или это будут делать внешние силы, конечное состояние системы будет тождественным. Поэтому во всех ситуациях постнеклассическая термодинамика ставит вопрос о равенстве либо неравенстве внешних сил, действующих на поршень с одной стороны, и внутренних сил, развиваемых самой системой, и действующих на поршень с другой стороны, что особенно принципиально для адекватного понимания не только термодинамических процессов атомно-молекулярного уровня. Это принципиально важно и для адекватной интерпретации космологических процессов функционирования вселенных, метавселенных и Метапространства. Именно поэтому понятие «работа» в термодинамических процессах следует более адекватно связать с происходящими в системе микропроцессами.
Совершение работы над системой, интерпретируемое классической термодинамикой как сообщение системе энергии, фактически дает не увеличение энергии системы, а лишь увеличение ее плотности. Постнекласическая термодинамика под энергией системы понимает полную массу системы. Соответственно подвод к системе теплоты связан и с увеличением ее массы. Если же над системой совершается работа внешними силами, то повышение температуры системы отнюдь не означает увеличение соответственно массы системы. В этом случае повышается только плотность теплоты, но не энергии, которую постнеклассическая термодинамика связывает только с массой системы. Совершение работы над системой, по сути, представляет собой изомассовый и соответственно изоэнергетический процесс. Учитывая, что здесь достаточно качественного уровня оценки, общность постнеклассического термодинамического метода от этого здесь не страдает. Соответственно, постнеклассическая термодинамика получает возможность обоснованно распространить свои законы на весь мир, будь то вселенная, метавселенная или Метапространство, т.к. понятие теплоты в такой интерпретации становится универсальным для всего мироздания. Необходимо здесь также отметить, что реально универсального понятия теплоты фактически не смогли дать ни классическая, ни квантовая термодинамика. Связывание понятия теплоты молекулярной физикой с движение атомов и молекул, безусловно, также не выдерживает критики, также как и ведение множества температур (электронов, ионов, фотонов и т.д.). Возникает естественный вопрос, если рассматривается система атомно-молекулярного уровня, то понятие теплоты в ней рассматривается, как движение атомов и молекул. Если же рассматривается система с фотонным газом, то тогда понятие теплоты меняется. Это противоестественно. Понятия теплоты и температуры должны быть универсальными.
Сегодня можно утверждать, что на автономно функционирующую вселенную никакие внешние силы не действуют. Поэтому такие вселенные функционируют под действием только внутренних сил. Это силы притяжения между материальными объектами всех уровней синтеза и расталкивающие их силы со стороны фотонного газа, который порождается и поглощается во множестве самых различных физических процессов, причем во всех без исключения. Для того, чтобы принимать понятие теплоты, связанное с движением атомов и молекул, классической термодинамике следовало бы прежде доказать, что теплоемкость системы при изотермическом процессе совершения работы над этой системой остается неизменной. Но ни классическая, ни неклассическая (квантовая) термодинамика этого не могут сделать. Тем самым, классическая термодинамика косвенно согласилась принять аксиому о неизменности структуры любых видов частиц в соответствии с положениями классического термодинамического (феноменологического) метода рассмотрении процессов. Корректнее было такие изменения предполагать, допускать и соответственно учитывать, тем более что субатомная физика это надежно доказала.
Если вводится предположение о том, что система состоит из частиц, структура которых меняется, что классическая термодинамика, безусловно, также имеет в виду, как достоверный уровень знания, то следует, по крайней мере, предполагать, что раз эти частицы состоят из более мелких частиц, то последние могут появляться и исчезать практически в любых процессах. Если же это допускается, то логика рассуждений принципиально меняется в направлении адресного распределения импульса внешней силы, а именно, что импульс внешней силы может быть передан не основным, а именно этим более мелким, т.е. более фундаментальным частицам.
Из этого следует, что фундаментальное (базовое) начало термодинамики ПФСИ должно фиксировать аксиому о том, что любая термодинамическая система состоит из частиц, которые в свою очередь также состоят из частиц, и которые в термодинамических процессах могут функционировать и как самостоятельные физические объекты. Примером чему является наличие в молекулярных системах - свободных атомов, в атомных системах - свободных электронов и т.д., хотя это уже не предмет термодинамики, а молекулярной физики. Но главное, что всегда и во всех процессах и во всех системах (будь то атомы, ионы, электроны, и т.д.) рождаются и поглощаются частицы фундаментального уровня - неоатомы. Такая постановка вопроса требует нового рассмотрения и строения атома и элементарных частиц.
Таким образом, молекулярная физика должна была бы также строиться совершенно иначе. Однако современная молекулярная физика фактически построена (подогнана) под аксиоматику классической термодинамики и наоборот. Но адекватно применить такую термодинамику невозможно даже для систем, в которых частицы, связанные с понятием теплоты, действительно во всех процессах остаются неизменными. Причиной этому становятся уже некоррелированные с таким структурным принципом начала классической термодинамики. Поэтому адекватной термодинамикой может считаться только постнеклассическая термодинамика, опирающаяся на принцип фундаментальной структурной инвариантности, и приводящая в соответствие с ним все остальные начала термодинамики. Термодинамические системы, в которых частицами являются только неоатомы, как структурные единицы физического вакуума требуют новых термодинамических понятий, в т.ч. энтропии и теплоемкости. Наличия более крупных или менее крупных частиц, т.е. частиц других уровней синтеза, такая система и ее термодинамика не допускают.
Нулевой закон постнеклассической термодинамики. Нулевое начало классической термодинамики, именуемое принципом температуры, по сути, неявно содержит понятие ограниченного объема системы, т.к. все мыслимые термодинамические процессы имеют в виду именно ограниченный объем. Тем не менее, классическая термодинамика этого понятия в качестве ограничительного также не вводит, что некорректно, например, с точки зрения космологии, т.к. вселенная, как система, может иметь сколь угодно большой объем. Ограничением для объема вселенной является только количество материи, содержащееся в ней. Соответственно максимальный объем, который может занять материя вселенной, обусловлен и внутренними силами, т.к. должна существовать и минимально возможная плотность материи во вселенной.
Подобно классической термодинамике, механике, оптике и ряду других разделов физики, постнеклассическая термодинамика также является аксиоматической наукой. Вместе с тем, основу классической термодинамики составляют четыре в большей степени интуитивно - эмпирических начала, нежели имеющие над собой более высокого теоретического уровня обобщения законов (кроме закона сохранения энергии). Основу же постнекласической термодинамики представляют уже пять основополагающих начал, которые, по сути, с одной стороны также являются результатом обобщения эмпирических данных, но с другой, что представляется более важным, их обоснование исходит уже с уровня законов науки познания. И здесь используются уже не только данные, касающиеся превращений теплоты в механическую работу и наоборот, как это имеет место в классической термодинамике, но и данные о возможных уровневых структурных изменениях в составе частиц на фундаментальном уровне термодинамической системы, т.е. все другие доступные уровни знания. Последние соответственно отражены в законах науки познания, которые принципиально влияют на методологию формирования основ термодинамики.
В этом контексте стало очевидным, что интерпретация теплоты, как полностью неопределенного внутреннего движения частиц термодинамической системы принципиально недопустима. Интерпретируемая лишь как одна из форм энергии, которая может превращаться в другие формы, теплота в классической термодинамике, по сути, интерпретируется как вполне определенное движение, связанное с движением только декларируемых частиц системы. Молекулярно - кинетическая теория, согласованная с классической термодинамикой также утверждает, что если в системе содержатся атомы и молекулы, то под теплотой следует понимать движение именно этих частиц. При современном уровне знания такая интерпретация теплоты уже не может быть признана вполне удовлетворительной.
Именно поэтому постнеклассическая термодинамика, наряду с четырьмя законами классической термодинамики, вводит еще один закон, который она рассматривает, как преднулевой, т.е. как более фундаментальный принцип (начало), чем четыре принципа классической термодинамики. Принцип фундаментальной структурной инвариантности термодинамических систем утверждает инвариантность вида частиц, с которыми связано фундаментальное понятие теплоты, а также то, что для термодинамических систем, в соответствии с ним должны быть приведены и все четыре закона (начала) классической термодинамики, и соответственно такие базовые термодинамические понятия, как понятие теплоты, температуры, теплоемкости и другие.
Постнеклассическая интерпретация начал термодинамики. Первое начало, как принцип энергии классической термодинамики с точки зрения постнеклассического принципа фундаментальной структурной инвариантности термодинамических систем также требует более фундаментальной формулировки. В первом начале классической и неклассической термодинамики явно заложена идея о возможности совершения над системой сколь угодно большой работы и возможность получения соответственно пропорционального, т.е. бесконечного приращения внутренней энергии системы. Однако постнеклассическая термодинамика указывает на существование предела максимально возможной, т.е. имеющей физический смысл работы внешних сил над системой. Величина ее равна работе, при совершении которой над системой вся масса системы будет переведена в состояние фотонного газа, и если, например, совершать работу над системой изотермически, то после совершения такой максимально возможной работы от атомов самой системы уже не останется и следа. Система просто исчезнет, хотя закон сохранения массы, в смысле сохранения общего количества неоатомов, безусловно, и здесь остается в силе. Просто, таким образом, вся масса системы без остатка переведена в другую систему в форме теплоты. Откуда следует, что в термодинамике и в других разделах физики корректнее говорить не о законе сохранения энергии, который также корректнее связывать с сохранением массы, а о законе сохранения импульса и о равновесии (или неравновесии) действующих на систему внешних и внутренних сил.
Второе начало классической термодинамики, безусловно, также сохраняет свой статус второго закона и в постнеклассической интерпретации термодинамики. Тем не менее, данный закон также приобретает качественно новую постнеклассическую интерпретацию и формулировку, что связано с изменением физического смысла теплоты и термодинамической работы. Соответственно изменяется и физический смысл энтропии и теплоемкости. В соответствии со вторым началом постнеклассической термодинамики масса тела -донора может быть полностью передана другому телу-реципиенту в виде теплоты или (и) излучения, при условии, что тело-донор более нагрето, т.е. имеет большую температуру, чем тело-реципиент, которое является менее нагретым телом, т.е. имеет меньшую температуру. По этой причине можно считать, что компенсирующие термодинамические процессы производятся с целью передачи части (или всей) массы одного тела (уменьшения его массы), другому телу, т.е. увеличения его массы. Передача массы через передачу теплоты предполагает создание более высокой температуры у тела – донора, по сравнению с температурой тела-реципиента. Физический смысл этого процесса состоит в том, что фундаментальным элементарным частицам - неоатомам, составляющим тела-доноров, сообщается импульс, который переведет их в состояние фотонного газа. При этом соответственно уточняется и физический смысл компенсирующих процессов, который в соответствии с постнеклассическим представлением о теплоте, работе и температуре, по сути, связан с созданием требуемого градиента температур, т.е. плотности фотонного газа.
В контексте принципа фундаментальной структурной инвариантности термодинамических систем вводятся и новые представления о физическом смысле, как теплоты, так и механической работы, физическом смысле энтропии и теплоемкости. Таким образом, законы классической термодинамики, представляющие собой обобщение опытных данных на атомно-молекулярном уровне синтеза материи и принятые классической и неклассической (квантовой) термодинамикой в качестве основополагающих законов в постнеклассической интерпретации возглавляемой принципом фундаментальной структурной инвариантности термодинамических систем становятся общими законами не только постнеклассической термодинамики, но и всей физики и космологии.
Второе начало (второй закон) в постнеклассической термодинамике рассматривается, как принцип транзитивности (переноса) массы одних термодинамических систем другим путем передачи теплоты и излучения. Поэтому формулировка второго начала постнеклассической термодинамики может быть представлена в следующем виде: «Масса от одной термодинамической системы может быть передана другой термодинамической системе путем передачи теплоты при условии, что температура системы-донора выше температуры системы-реципиента». Третье начало (третий закон) постнеклассической термодинамики интерпретируется как принцип абсолютного нуля температуры. Абсолютный нуль температур, как нулевая плотность фотонного газа может иметь место только в абсолютно пустом пространстве. Принцип Нернста, сохраняя позицию третьего закона в постнеклассической термодинамике, приобретает также новый физический смысл в соответствии с уточненной феноменологией термодинамики и уточненным физическим смыслом понятий теплоты, работы, энтропии, теплоемкости и т.д.
В концепции унифицирующей субстанции, как концепции неоатомизма для уточнения физического смысла отношений между теплотой и механической работой необходимо критически рассмотреть и базовые положения молекулярно-кинетической теории. Анализ причинности теплового движения показывает, что принятое экспериментальное обоснование данной теории, которое связано с постулированием высоких скоростей движения молекул в термодинамическом равновесном состоянии, становится далеко не однозначным, т.к. существует и другой вариант интерпретации классических опытов. Следует определить, что молекулы в этих опытах были выведены из состояния равновесия, при этом с постнеклассических позиций, наряду с макроскопическим равновесием системы, должно быть введено понятие термодинамического равновесия на уровне находящейся в движении унифицирующей субстанции. Непрерывное взаимодействие фотонов с атомами обусловливает такое равновесие всегда как динамическое для фотонов, но теоретически не всегда для атомов. Таким образом, любое движение на атомно-молекулярном уровне, в том числе и броуновские движения, необходимо рассматривать как сугубо неравновесное состояние системы.
По этой модели скорости молекул, измеренные в опытах О. Штерна и при истечении газа в вакуум, фактически определяются величиной сил отталкивания, которые являются функцией плотности свободного фотонного газа, противодействующего силам межатомного притяжения. Поэтому при квазистатических процессах сжатия или расширения газов аналогия взаимодействия молекул с поршнем, как теннисных мячей с движущейся стенкой, уже не может быть допущена. В этом аспекте температура, как физический параметр, отражает объемную плотность свободного фотонного газа в межатомном пространстве (под термином «свободный» имеется в виду отраженный в тепловом движении и в излучении). В частности, за идеальный газ для выполнения закона Джоуля в известной редакции может быть принят только фотонный моногаз и при том условий, что под плотностью внутренней энергии и температурой понимается одно и то же. Это и определяет вид функции внутренней энергии в зависимости от температуры U = U (T).
В постнеклассической термодинамике и концепции движительной субстанции классическое положение о независимости температуры системы (внутренней энергии) от объема становится неправомерным. Из этого следует, что в опытах Джоуля и Гей-Люссака и при неквазистатическом движении газа без совершения работы необходимо определить источник дополнительного тепла, иными словами дополнительного количества свободного фотонного газа, которое создает внешний эффект независимости температуры от объема. В концепции неоатомизма утверждается, что это результат динамичного взаимодействия и трения молекул при неквазистатическом движении газа и продавливании газа через пробку или вентили.
В положениях формальной классической термодинамики, по сути, сохраняется исходная роль элементарных движений атомов и обратимость их перемещений. Закон Джоуля и понятия внутренней энергии и энтропии являются в этой концепции лишь трансформирующим звеном. В свете полученных результатов, но независимо от них некорректность этого звена и соответственно исходная концепция следуют также и из постоянства скорости фотона ввиду того, что результаты адиабатического расширения полости с черным излучением не могут быть объяснены убылью внутренней энергии при сохранении ее физического смысла в скорости индивидуального движения.
В связи с этим, изменение температуры адиабатически изолированной системы типа атомного газа, нагруженного через поршень, при квазистатических процессах расширения и сжатия может быть обусловлено только двумя процессами. Первый процесс - это переход тепла в скрытую теплоту, когда снижение плотности фотонного газа осуществляется без экстрагирования фотонов из системы, в отличие от систем или отдельных тел, необратимо излучающих энергию в окружающую среду. Вторым процессом является соответственно переход части вещества из состояния скрытой теплоты в свободный фотонный газ с повышением в системе плотности фотонного газа. При этом атомы уже недопустимо рассматривать как абсолютно неизменные твердые частицы и при термодинамическом описании процессов.
Под скрытой теплотой следует иметь в виду всю массу вещества, учитывая, что полная масса атомов вещества при наличии соответствующего внешнего импульса может полностью превращаться в фотонный газ. При трении твердых тел, как и в известных опытах Джоуля по перемешиванию воды при определении механического эквивалента теплоты, следовательно, также часть вещества превращается в фотонный газ.
Фотонный газ поверхностных слоев деформируемых при трении тел, образуется при одновременном изменении структуры и теплоемкости механически активированной части атомов, которую в изменяемой части в твердых телах уже нельзя рассматривать только как решеточную. Таким образом, такие понятия термодинамики как теплоемкость, энтропия и другие в концепции неоатомизма могут и должны быть экстраполированы и на субатомный уровень физики.
Из выше изложенного, в частности, следует, что суммарное количество материи, в смысле массы вещества, в любой адиабатически изолированной системе должно оставаться неизменным при любых процессах, в том числе и при изменении температуры системы. Этот вывод может быть положен в основу формулировки первого начала термодинамики и дает основание полагать, что вещество представляет собой конденсированное состояние фотонного газа, или если более точно, то конденсированное состояние праматерии (неоатомов физического вакуума).
Второе начало термодинамики в связи с этим - в интерпретации формулировки, данной Клаузиусом, которую следует, очевидно, признать единственно правильной, может быть представлено в несколько ином виде. Нельзя, например, повысить плотность свободного фотонного газа в более нагретом теле за счет фотонного газа менее нагретого тела без компенсирующего процесса, который позволил бы повысить плотность передаваемого фотонного газа выше уровня плотности фотонного газа более нагретого тела. Убедительным аргументом в пользу реальности движительной субстанции в тепловом движении является, прежде всего, аналогичность результатов независимого анализа броуновского движения. Это относится к анализу процессов, как к полости, содержащей газ, так и «черное излучение», из которых следует, в частности, что подобный подход к пониманию причин теплового движения имеет вполне реальную основу и первичным инициатором движения в обоих опытах можно считать фотонный газ (введение поляритонов не меняет этого вывода).
Проводимая аналогия между физическим смыслом энтропии и теплоемкости предполагает, с одной стороны, уточнение физического смысла энтропии за счет расширения физического смысла теплоемкости, но с другой стороны уточнения и физического смысла собственно действующего понятия теплоемкости.
Принятое в современной термодинамике понятие удельной теплоемкости физически сформулировано в рамках применительно лишь к группе процессов, непосредственно связанных с подводом к системе теплоты, что следует из самого определения теплоемкости. Причиной такой ограниченности выбора группы процессов явилась необходимость физической интерпретации теплоемкости как функции процесса, а не как функции состояния системы для взаимного согласования термодинамических параметров в начальный период становления термодинамики под общей руководящей концепцией, которую в аксиоматической термодинамике представляет исходная роль элементарных движений атомов и молекул и обратимость этих движений. Можно показать, что данная концепция предопределила структуру термодинамики задолго до появления молекулярно- кинетической теории через введение понятия макроскопического равновесия термодинамических систем и периода релаксации.
По этой же причине в основах формальной термодинамики из множества понятий теплоемкости утвердилось лишь единственное понятие, которое было обусловлено бесконечно малыми пределами приращений теплоты и температуры. Однако количество поглощаемой теплоты при нагревании предварительно активированных различными способами систем, оставалось неконтролируемым. Поэтому можно было говорить о малых или даже нулевых, в случае агрегатных превращений веществ, приращениях температуры, но не получаемой теплоты.
В соответствии с обсуждаемым подходом к пониманию причин теплового движения физический смысл и формулирование понятия теплоемкости следует связывать с изменением состояния атомов системы в любых процессах, в том числе и адиабатических, а не только в процессах связанных с подводом теплоты. При этом физический смысл теплоемкости определяется количеством теплоты, которое система смогла бы поглотить после того или иного процесса, чтобы ее температура поднялась на один градус. Анализ показывает, что термодинамика под прикрытием формализма математики вводит теплоемкость и в адиабатические процессы, что, в конечном счете, и позволило достичь ей высокого внешнего оправдания, но на уровне определений заявить совершенно противоположное и физически некорректное, что теплоемкость адиабатической системы равна нулю. Подтверждением этого вывода , обстоятельством, указывающим на необходимость объективизации понятия теплоемкости является, прежде всего, различие между теплоемкостями при постоянном давлении и постоянном объеме, обусловленное производимой системой работой и отражающее фундаментальную корреляция между теплоемкостью, механической работой и состоянием вещества. Как было показано выше, закон и опыты Джоуля здесь уже не могут служить надежным фундаментом для классических понятий теплоты, теплоемкости и энтропии, ввиду возможности их альтернативной интерпретации. Аналогичный вывод следует также из факта присутствия теплоемкости в математических выражениях для описания адиабатических процессов, что при одновременном декларировании нулевой теплоемкости следует интерпретировать как внутреннее противоречие термодинамики, отражающее ее внутреннее несовершенство как научной теории.
Таким образом, совершение работы системой термодинамика все же связывает с понятием теплоемкости в процессах с подводом тепла и формально не связывает в адиабатических процессах. Физическая объективность и экспериментальные факты требуют признать неправомерным существующее положение термодинамики о нулевом изменении теплоемкости системы в адиабатических процессах. Отражение теплоемкости в дифференциальном уравнении адиабаты, уравнении Пуассона и в выражении для энтропии адиабатических процессов, определяемых фактически механической работой и теплоемкостью, также убедительно указывает на фундаментальную корреляцию последних. При этом актуальными становятся вопросы о том, что изменяет работа в причинном смысле – теплоемкость и как следствие внутреннюю энергию, либо схема обратима, либо реальной является их более сложная комбинация. По крайней мере, понятие внутренней энергии и энергии других видов с этих позиций требуют уточнения.
Рассмотрим содержание постулата первого начала термодинамики. Прежде всего, становятся понятными причины его локализованной формулировки. Подобно понятию теплоемкости, постулат первого начала также опирается на определенную группу процессов, в частности обусловленных производством работы внешними силами над адиабатически изолированной системой. На другие процессы эти выводы просто экстраполируются без анализа их особенностей. Однако вопрос о том почему лишь работа произведенная над системой зависит только от начального и конечного состояния системы и не зависит, например, от динамики указанных процессов в термодинамике остается в значительной мере открытым. В большей степени термодинамика в этих и подобных вопросах опирается на постулированную элементарность движений и неизменность атомов.
Объяснение причин столь локализованной формулировки постулата первого начала термодинамики становится понятным и с позиций новых представлений о динамическом равновесии, теплоте и периоде релаксации содержится в том, что квазистатический и не квазистатический процессы совершения работы над системой приводят к одинаковому знаку результатов относительного изменения температур. Оба вида указанных процессов приводят только к повышению температуры системы при заметном физическом различии этих процессов. С позиций фотонной концепции теплоты в равновесных и неравновесных процессах совершения работы над системой осуществляется передача импульса внешних сил элементарным, по сути, материальным частицам системы, но не атомам (как считает современная физика), а неоатомам, «отрывая» их в буквальном смысле тем самым от атомов и порождая тем самым фотоны. Соответственно, учитывая, что при совершении работы над системой уменьшается и объем системы, плотность фотонного газа в обоих видах процессов может лишь возрастать, что отражается в повышении плотности фотонного газа в межатомном пространстве, т.е. температуры системы.
Что касается фундамента постулата первого начала термодинамики, то главный вывод состоит в том, что при совершении работы над системой полностью подавлен альтернативный процесс – процесс поглощения активированными атомами фотонов, который показан в выше представленных экспериментах с аморфными системами. Это собственно и определяет физический смысл постулата первого начала термодинамики. Высокие скорости охлаждения, как и механическая активация, позволяют фактически вскрывать более фундаментальный уровень взаимодействия атомов. Но в современной физике это пока представляется лишь как перевод в неравновесное состояние системы.
Более заметно различие в механизмах квазиравновесных и неравновесных процессах проявляется при адиабатическом расширении и совершении работы системой над внешними телами. В таких процессах изменение температуры системы обусловлено либо одним, либо двумя механизмами взаимодействия фотонов с атомами в зависимости от того является процесс равновесным или неравновесным. Учитывая, что равновесный процесс есть модельная идеализация, то реально в указанных процессах действуют всегда оба механизма.
Для равновесного процесса адиабатического расширения системы атомного газа, независимо от того совершается или не совершается при этом работа, характерным результатом является снижение плотности фотонного газа и температуры за счет того, что происходит увеличение объема системы при отсутствии механизма производства фотонного газа внутри системы. При неравновесном расширении начинает работать механизм внутреннего производства фотонного газа. Физическую основу этого механизма определяет макроскопическое движение значительных объемов атомного газа. Таким образом, конечный результат по температуре системы при неравновесном расширении определяется уже двумя механизмами, действующими в противоположных направлениях. С одной стороны снижение плотности фотонного газа за счет увеличения межатомного объема, с другой стороны производство фотонного газа за счет усиления динамического взаимодействия атомов газа с атомами стенок сосуда, в котором находится газ.
К неравновесным процессам следует относить и процессы, связанные с трением газов, жидкостей или твердых тел, включая и классические опыты Джоуля-Томсона по продавливанию газа через пробку, опыты Гей-Люссака и Джоуля-Томсона по дросселированию газа, по перемешиванию воды в калориметре и другие. Иными словами понятия квазистатический или квазиравновесный и медленный процессы физически далеко не являются синонимами, как это приняла современная физика.
По этой причине для экстраполяции локальной формулировки постулата первого начала термодинамики на процессы типа совершения работы системой над внешними телами современная термодинамика не дает оснований. Не дают соответственно постулат первого начала и термодинамика в целом оснований и для экстраполяции на эти процессы понятий внутренней энергии и тем более для формулирования первого начала термодинамики в его современном виде. Определение первого начала тесно связано с процессами свершения работы над системой внешними силами. Из изложенного выше, в частности, следует, что, в соответствии с законами теории познания, фундаментальные понятия не имеют методологического права опираться на какую либо выделенную группу процессов из описываемой ими области процессов. Они должны включать в себя и опираться на общие критерии теории познания и более фундаментальные принципы физики процессов. В противном случае необходимо доказывать непротиворечивость проводимой экстраполяции локальных формулировок. Современная термодинамика и вся современная физика в целом на этом пути подошли лишь к неполному внешнему оправданию своих неадекватных теоретических формулировок на общем фоне достаточно скромного внутреннего совершенства.
Необходимо также обратить внимание на неопределенность физического смысла таких понятий как равновесное или неравновесное состояние термодинамической системы. Неоднозначность указанных понятий становится очевидной ввиду неопределенности такого ключевого физического понятия как «медленный» процесс и соответственно неопределенности понятия периода релаксации. Время релаксации после различных процессов должно быть соответственно различным. Проведенный анализ показывает также истинные причины определения энтропии в виде приведенной теплоты обратимых процессов, а также причины скрытости ее реального физического смысла как разновидности теплоемкости и распространения вероятностных интерпретаций.
Таким образом, под квазистатичностью процесса следует понимать его протекание в условиях динамического равновесия фотонов с атомами. В связи с этим становится невозможным признать равновесными ряд процессов, которые было принято в термодинамике считать таковыми. Например, состояние идеального атомного газа после не квазистатического расширения без совершения работы. Неизменность температуры в таких процессах термодинамика интерпретирует как сохранение внутренней энергии ввиду отсутствия совершенной работы над внешними телами, в действительности же представляет собой состояние с неустановившимся равновесием. Совершение газом работы над внешними телами, прежде всего, следует рассматривать с позиций обеспечения процесса медленного расширения газа. Нагрузка в подобных процессах выполняет функции параметра обеспечивающего квазистатичность, т.е. не позволяющего быстро перемещаться значительным объемам газа. Но как указывалось в обобщенном смысле «медленность» протекания процесса и квазистатичность не являются синонимами, хотя в приведенном случае они действительно совпадают. Примером «медленного», но также и неравновесного процесса являются классические опыты Джоуля – Томсона по продавливанию газа через пробку.
Из выше изложенного, в частности, можно извлечь и еще один весьма важный вывод. Вводившееся ранее различие между термодинамикой и молекулярной физикой и утратившее смысл лишь в последнее время не следовало актуализировать с момента появления молекулярно-кинетической теории вещества по той причине, что парадигма и той и другой теории была и постоянно оставалась единой. Термодинамика, оперируя теплотой в обобщенном виде, как неопределенном внутренним движением, но, опираясь при этом на неадекватное понятие макроскопического равновесия, в котором выше рассмотренные состояния систем принимались за равновесные, не являясь таковыми, фактически априори принимала в качестве исходной концепции элементарность движений атомов и молекул и обратимость этих движений. Обратимость движения атомов, в свою очередь в виде следствия, утверждает и положение о неизменности атомов не только в равновесных, но и в неравновесных процессах, в чем заключена суть фундаментальной некорректности и термодинамики и молекулярной физики. Но это еще не конечная инстанция источника этой погрешности.
Общефизическая методологическая погрешность частично восходит к концептуальным основам классической механики и античной науки. Обратимость времени и само понятие времени классической и квантовой механиками связано с тем, что они рассматривают движение фактически изменяющегося во времени объекта, как неизменного. Они исключают необратимость времени заведомо на уровне принимаемых допущений при построении теории. Тем самым обратимость в них заложена идеализацией, которая для объективного мира адекватна только для неоатомов, т.е. на фундаментальном уровне природы.
С учетом выше изложенного, теплоемкость следует понимать уже как функцию состояния, а не как функцию процесса, причем не только в термодинамическом, но теперь уже и в общефизическом контексте. Теплоемкость определяет количество теплоты, которое потребуется сообщить системе (или отвести от нее) для достижения заданной температуры. Причем после того, как система будет предварительно переведена адиабатически в конечное состояние (не по температуре, а по другим параметрам, например, объему), отнесенное к разности температур конечного и начального состояний системы. Понятие удельной теплоемкости сохраняется также во взаимосвязи с повышением температуры системы на один градус.
Такое понятие теплоемкости имеет в виду, что все фиксированные состояния системы достигают динамического равновесия фотонов с атомами, и, как и современное понятие теплоемкости относится к определенному количеству вещества. Методологически данное понятие теплоемкости включает в себя ряд локальных определений, к которым относятся истинная или удельная теплоемкость, средняя удельная теплоемкость, к которой следует относить и понятие энтропии. Такая дифференциация понятий теплоемкости, прежде всего, указывает на реальную модель объективного мира и предоставляет физике необходимую возможность для описания не только термодинамических процессов, но и процессов субатомного фундаментального уровня. Под истинной теплоемкостью, соответственно необходимо понимать теплоемкость, связанную с бесконечно малыми приращениями температур, которая отличается от современной интерпретации истиной теплоемкости по выше представленному определению возможностью ее распространения и на адиабатические процессы.
Под энтропией следует понимать разновидность теплоемкости как функции состояния системы, выделяемую из других видов теплоемкостей и определяемую постоянством и равенством абсолютному нулю температуры исходного состояния системы, как абсолютной точки отсчета температур. Именно последнее обстоятельство и определяет появление в знаменателе выражения для приведенной теплоты абсолютной температуры, а не разности температур, так как вторая температура равна нулю. И под средней удельной теплоемкостью, которая в термодинамике не приобретает самостоятельного значения, понимается теплоемкость, связанная с любыми конечными интервалами температур, и потому охватывающая в принципе и оба предыдущих понятия. Включение в анализ понятия средней удельной теплоемкости имеет своей целью показать, что истоки истинной теплоемкости и энтропии – теплоемкости являются общими и связны с этим понятием, где отличие состоит лишь в интервалах температур и положении этих интервалов на температурной шкале.
Практическое измерение теплоемкости системы удобнее осуществлять при переводе системы в конечное состояние с одновременным подводом теплоты, что не всегда допустимо. Современная термодинамика это удобство возвела в ранг физического принципа, ограничив тем самым физическое понятие теплоемкости лишь группой неадиабатических процессов и смыслом функции процесса. Однако всегда может быть использован единый путь, реализуемый при определении величины энтропии через обратимые процессы.
Первично, как известно, была установлена пропорциональность количества необходимой для нагревания теплоты массе нагреваемого вещества и разности конечной и начальной температур, в которой коэффициент пропорциональности был определен как теплоемкость. Для одного моля вещества теплоемкость получила название средней удельной теплоемкости. Истинная или удельная теплоемкость была получена затем путем перехода к пределу бесконечно малых приращений теплоты и разности температур. Анализ показывает, что для понятий средней и истинной теплоемкостей вид температурной шкалы не имеет принципиального значения, важно чтобы на всей длине шкале сохранялась неизменной величина градуса. Данное обстоятельство связано с тем, что температурные интервалы указанных понятий теплоемкостей всегда имеют обе и начальную и конечную температуры отличные от абсолютного нуля температур, что качественно отличает их от понятия энтропии. Иными словами температура в понятии теплоемкости имеет относительный смысл.
Для интервала температур по абсолютной шкале температур возможен и другой переход. Вместе с тем в фотонной концепции теплоты становится актуальным вопрос и о замене шкалы Кельвина на другую шкалу, где абсолютно низкая температура будет связана с пространством, в котором нет ни одного фотона, т.е. нет и вещества. Если тепло получено непосредственно вблизи абсолютного нуля температурной шкалы, то выражение для энтропии становится тождественным выражению для истинной удельной теплоемкости. В соответствии с этими выводами, становятся очевидными и трудности с экстраполяцией первого начала термодинамики на адиабатические процессы. Выражение для теплоемкости, полученное на основе математического определения первого начала термодинамики, уже не может быть принято со статусом «общего». Причиной этому является тот факт, что физический смысл математического выражения для теплоемкости предопределен смыслом входящих в него параметров - внутренней энергии, работы и температуры, которые ограничены по физическому смыслу в нем, как приращения вследствие подвода к системе теплоты. Это отличает их смысл от смысла аналогичных параметров для адиабатических условий и в общей интерпретации теплоемкости.
Из выше изложенного следует, что для экстраполирования на адиабатические условия принципиально необходимо учитывать изменение физического смысла всех параметров. На данных примерах предполагалось показать и актуальную некорректность допускаемых в классической термодинамике экстраполяций. Однако исправлять некорректности классической термодинамики отнюдь весьма непросто, т.к. они имеют достаточно высокое внешнее (экспериментальное) оправдание и достаточно обоснованы математическим формализмом. Аргументами в этом вопросе являются, прежде всего, выше приведенные экспериментальные данные, а также необходимость согласования положений формальной классической термодинамики с положениями более фундаментального уровня физики и редукции ее с гносеологией, физикой элементарных частиц, биологией, физиологией и даже психологией, в частности, с принципом доминанты.
Экстраполирование даже первого начала классической термодинамики на адиабатические процессы совершения работы системой, ввиду локальности его классической формулировки, также не может быть корректно проведена. Любые возможные логические выводы типа: «если теплота идет на увеличение внутренней энергии и на совершение системой работы, то работа может быть произведена и собственно адиабатической системой, только за счет внутренней энергии самой системы» - в принципе не достигает цели, и вновь возникает необходимость обоснования и объединения формулировок на более фундаментальном уровне. Постулат первого начала термодинамики, как было показано, для этого оснований также не дает.
С учетом выше изложенного, теплота в математическом выражении для теплоемкости адиабатических процессов определяет количество теплоты, которое потребуется сообщить системе или отвести от нее после любых ее переходов. Необходимость подвода теплоты для достижения определенной температуры системы отражает положительное значение удельной теплоемкости, а необходимость отвода теплоты, соответственно, отрицательное изменение теплоемкости. Если при этом отвлечься от факта, когда подводится тепло – непосредственно в процессе изменения объема системы или после достижения конечной величины объема, то изменение состояния будет определяться асимметрией поглощения и излучения фотонов атомами. Именно в этом смысле энтропия и теплоемкость могут быть представлены, как физически тождественные понятия. Первое начало термодинамики в фотонной концепции теплоты может быть сформулировано в следующем виде: «свободный фотонный газ (теплота), полученный системой идет на увеличение массы системы и на увеличение плотности фотонного газа в межатомном пространстве (внутреннего импульса) системы». Изменение массы системы в зависимости от количества полученной теплоты, позволяет также выделить массу и теплоту в качестве функций состояния системы.
Исследуемая формулировка теплоемкости, как общефизического понятия, а не только термодинамики, утверждает приоритетную конвергенцию между теплоемкостью и механической работой, а также необходимость признания, что в каузальной структуре физических явлений любой акт совершения работы связан, прежде всего, с изменением теплоемкости системы. Другие, наблюдаемые при этом изменения параметров системы, являются лишь следствиями данного изменения. Объективизация понятия теплоемкости позволяет показать реальный смысл утверждений термодинамики типа «работа совершается за счет убыли внутренней энергии» или «внутренняя энергия возрастает как следствие совершении работы над системой». Фундаментальный смысл этих определений уходит вглубь физического понятия равновесия вплоть до уровня абсолютного аттрактора. Абсолютный аттрактор был сформулирован на основании нового понятия энтропии в виде изотропного фотонного моногаза особо высокой плотности, при которой не могут существовать другие виды элементарных частиц. Тяготение к этому состоянию материи может интерпретироваться как «память» материи о неком исходном состоянии мира, хотя этот мир, безусловно, подчинен только силе и в этом представляется суть стремления материи к состоянию абсолютного аттрактора. В этом контексте наша Вселенная еще не достигла абсолютно равновесного состояния, которое, очевидно, может быть сформулировано в виде отношения суммарной массы Вселенной к занимаемому объему пространства, т.е. определяется плотностью движущейся материи при сохранении суммарного импульса системы. Судя по всему в полной мере данное состояние абсолютного аттрактора в природе не достигается никогда и навсегда останется только строго научным выводом. В частности, закон не убывания энтропии теряет свой фундаментальный смысл ввиду того, что энтропия замкнутой системы возрастает лишь в выделенном процессе, который по своему физическому смыслу не может быть экстраполирован на Вселенную и вся проблема сводится к понятиям равновесия и периода релаксации на фундаментальном уровне. Эти обстоятельства позволяют вновь поднять вопрос о мере движения и дать новое решение противоречия между динамикой и кинематикой.
Таким образом, понятия неравновесности системы, необратимости процессов и их антитезы в современной физике опираются на недостаточно обоснованные определения, которые в свою очередь в значительной степени опираются на конкретные примеры из области термодинамики. Экстраполяция подобных закономерностей во многих случаях неадекватна по определению. Поэтому, ввиду полученной возможности детерминистического понимания второго начала термодинамики и понятия энтропии, следует признать необходимым переосмысление базовых понятий термодинамики и физики в целом.
Как было показано, в новых условиях становится необходимым видеть состояние атома в контексте его взаимодействия с фотонным газом, причем равновесное или неравновесное состояние атомов и системы в целом будут определяться соответственно симметричной и асимметричной динамикой излучения и поглощения фотонов атомами. Температура макроскопических систем, следовательно, не может являться параметром, определяющим структурное состояние атомов до момента наступления динамического равновесия фотонов с атомами.
Эти выводы являются основополагающими для микроскопической теории неравновесных процессов и определяют понятия необратимости процессов и термодинамического равновесия. При этом необратимость, обусловленная в соответствии с детерминистическим пониманием второго начала термодинамики переходом фотонного газа из области с его большей плотности (большей температурой) в области с меньшей плотностью фотонного газа (меньшей температурой) сохраняет свой фундаментальный смысл.
Не может нарушить корректности этих выводов и наличие общего начала концептуально единой науки, которое отражает единственность силы притяжения на фундаментальном уровне. Иными словами между неоатомами физического вакуума, по той причине, что последнее может оказать влияние лишь на плотность фотонного газа, но не на принцип второго начала, т.е. на принцип выравнивания плотности фотонного газа, который в сочетании с общим принципом управляет поведением и Вселенных и Метавселенной. Ввиду принципиальной невозможности управления пространственным положением отдельного фотона, что обусловлено малой скоростью фактически опирающихся на антропный принцип управляющих или компенсирующих процессов относительно скорости света, лейтмотивом единой науки становятся детерминизм и причинность – все в объективно существующем мире предопределено действием фундаментальных сил природы, в том числе появление и поведение человека. Однако указанное обстоятельство диктуется общим принципом, что не препятствует введению понятия абсолютной необратимости, т.к. второе начало термодинамики не противоречит общему принципу. Таким образом, динамика и термодинамика в адекватной концептуально единой интерпретации в рамках неоатомизма, отнюдь не являются противоречивыми науками, как это было принято считать до сих пор.
В этом еще раз подтверждается справедливость известного высказывания А. Эддингтона о значимости для физики и науки в целом второго начала термодинамики: «Закон монотонного возрастания энтропии — второе начало термоди¬намики — занимает, как мне кажется, высшее положение среди законов при¬роды. Если кто-нибудь заметит вам, что ваша любимая теория Вселенной не согласуется с уравнениями Мак¬свелла, то тем хуже для уравнений Максвелла. Если окажется, что ваша теория противоречит наблюдениям,— ну что же, и экспериментаторам слу¬чается ошибаться. Но если окажется, что ваша теория противоречит вто¬рому началу термодинамики, то у вас не останется ни малейшей надежды: ваша теория обречена на бесславный конец».
Предложенная Клаузиусом формулировка второго начала термодинамики сразу же сделала очевидным конфликт между термодинамикой и динамикой и вряд ли найдется в физике другой такой вопрос, который бы обсуждался чаще и активнее, чем отношения между этими двумя разделами физики. Даже, через сто пятьдесят лет после Клаузиуса, этот вопрос продолжает вызывать весьма сильные эмоции. Никто не остается нейтральным в конфликте, затрагивающем глубинный смысл реальности и времени. Вопрос о том следует ли науке отказаться от динамики, давшей основу для всего современного естествознания, в пользу какого либо варианта термодинамики остается актуальным до сих пор.
«Энергетисты», которые пользовались большим влиянием в конце XIX в. считали отказ от динамики необходимым. Существует ли логический путь чтобы сохранить динамику и сохранить второе начало, вместе с тем, не нарушив величественное здание, воздвигнутое Ньютоном и его последователями? Какую роль может играть энтропия в мире, описываемом динамикой? Один из ответов на этот вопрос, который был дан Л. Больцманом, содержится в его знаменитом соотношении, связывающим энтропию и вероятность - энтропия возрастает потому, что возрастает вероятность.
Ответ представляется не физическим, а физико-математическим, в том смысле, что в нем нет физической модели, и потому его корректность остается под вопросом до тех пор, пока не будет получен ответ на вопрос, насколько физически является состоятельной теория вероятности в интерпретации современной математики. Следует отметить, что в этом плане второе начало термодинамики имело бы огромное практическое значение, но не было бы столь фундаментальным. М.Гарднер пишет: «Некоторые явления идут в одну сторону не потому, что не могут идти в другую, а потому, что их протекание в обратном направлении весьма маловероятно».
Совершенствуя свои возможности измерять все менее и менее вероятные события, наука могла бы достичь такого положения, когда второе начало играло сколь угодно малую роль. Такой точки зрения придерживаются и некоторые современные физики. Но известны и другие точки зрения. М.Планк, в частности, писал:«Нелепо было бы предполагать, что справедливость второго начала, каким бы ни было образом, зависит от большего или меньшего совершенства физиков и химиков в наблюдательном или экспериментальном искусстве. Содержанию второго начала нет дела до экспериментирования, оно гласит в самом главном: в природе существует величина, которая при всех изменениях, происходящих в природе, изменяется в одном и том же направлении». Выраженная в таком общем виде, эта теорема или верна, или не верна; но она остается тем, что она есть, независимо от того, существуют ли на Земле мыслящие и измеряющие существа и если они существуют, то умеют ли они контролировать подробности физических или химических процессов на один, два или сто десятичных знаков точнее, чем в на¬стоящее время. Пределы для этого начала, если только они действительно существуют, необходимо должны находиться в той же области, в которой находится и его содержание, - в наблюдаемой природе, а не в наблюдающих людях. Обстоятельства нисколько не изменяются от того, что для вывода второго начала мы пользуемся человеческим опытом; для нас это вообще единственный путь для исследования законов природы». Остается только надеяться, что предложенное решение этой проблемы в данной и других работах автора, связанное с необходимостью изменения физического смысла энтропии является адекватным.
Однако позиция выдающихся физиков по данной проблеме еще раз и, в частности, позиция А. Эйнштейна, показывает не только драматизм, но и трагизм ситуации, связанной с этой проблемой и именем Больцмана.
На Сольвеевском конгрессе в 1911 г. А. Эйнштейн открыл дискуссию по докладу Планка следующими словами: «Кажется несколько шокирующим то, что уравнение Больцмана применяется, как это делает г-н Планк, без физического определения вводимой при этом вероятности. Если действовать, таким образом, то уравнение Больцмана лишается физического содержания. То, что принимается равным числу конфигураций, не меняет существа дел, так как не объяснено, как узнать, что две конфигурации равновероятны. Даже если удастся определить вероятности так, чтобы энтропия, найденная из уравнений Больцмана, совпадала с экспериментальным определением то, как мне кажется, способ, которым г-н Планк вводит принцип Больцмана, не позволяет сделать какие-либо заключения относительно точности теории по согласованности ее выводов с экспериментально установленными термодинамическими свойствами». В последствии А.Эйнштейн писал: «Когда вычисляют энтропию методами молекулярной теории, понятие вероятности часто применяют в значении, не совпадающим с определением, которое дает теория вероятности». Трудность, о которой в данном контексте писал Эйнштейн, состояла в том, что принцип Больцмана будет лишен физического смысла до тех пор, пока не будет адекватного и независимого физического определения понятия вероятности.
Вместе с тем в современной физике сосуществует множество других фундаментальных противоречий, и к их числу относится не только противоречие между динамикой и термодинамикой, но и не менее фундаментальное противоречие между динамикой и кинематикой. Однако, как указывалось выше, все противоречия фундаментального уровня сводятся фактически к одному противоречию между высоким уровнем энергии связи между элементарными частицами и высокой проницаемостью, то есть низким уровнем энергии связи, структуры физического вакуума.
Те решения противоречий между динамикой и кинематикой, которые по ходу развития науки были предложены классической механикой и теорией относительности, как оказалось, не соответствуют требованиям теории познания и, по сути, противоречат основам единой науки. Анализ показал, что в основе противоречий между динамикой и термодинамикой лежит противоречие между динамикой и кинематикой. Именно поэтому теория относительности фактически не затрагивает проблем термодинамики и общенаучной проблемы физического смысла энтропии. Понятие абсолютной обратимости процессов в реальном мире следует связывать с повторяемостью пространственного распределения неоатомов материи, где решающим фактором является наличие абсолютно пустого бесконечного пространства, в которое не может устремиться даже фотон, а точнее неоатом, обладающий минимальным импульсом. Абсолютная обратимость и соответственно обратимая темпоральность природных процессов реализуется и в состоянии абсолютного аттрактора через повторяемость распределения неоатомов в пространстве, точнее повторяемость пространственного положения «меченых» неоатомов. Но вероятность тождественных положений всех нумерованных неоатомов близка к нулю. Откуда с достаточной убедительностью следует вывод о принципиальной возможности, но о фактическом отсутствии в природе фундаментального обратимого процесса. Обратимость, как иллюзия, навеянная обратимостью идеализированного траекторного описания объектов классической механики, типа идеальных маятников или движения неизменных планет по неизменным орбитам. Она является изобретением не только человеческого сознания и свойственна лишь идеализированному, физически адекватному математическому представлению законов природы, но и реально действует на фундаментальном уровне природы.
Все реальные объекты природы не могут считаться во времени физически неизменными с точки зрения либо содержащегося в них количества материи и (или) ее распределения. Даже неоатом, постулируемый на данном этапе как объект неделимый, также изменяет, по крайней мере, свою форму под действием действующих на него окружающих материальных объектов.
В любой самый малый интервал времени изменяемыми во времени являются все без исключения материальные объекты, причем изменяемыми только по форме остаются лишь неоатомы (постулат). Физическое время движется необратимо и, соответственно, все в природе изменяется со скоростью света и консервативным остается только движение фотонов. Учитывая, что фотон является нестабильной частицей, консерватизм, следовательно, может быть отнесен лишь к периоду жизни фотона.
Абсолютная не повторяемость событий на фундаментальном уровне гарантируется не тождественностью положения неоатомов и соответственно «меченых» неоатомов (и их формы?) в абсолютно пустом пространстве, которые при этом могут либо оставаться свободными, либо двигаться в составе различных элементарных частиц вещества. Газ Лоренца для представленной картины не может служить даже грубой аналогией, ввиду сложности взаимодействия неоатомов физического вакуума с веществом.
В состоянии абсолютного аттрактора аналогия становится ближе с точки зрения упругого взаимодействия, но также не достигает полноты, т.к. все частицы в системе становятся тождественными и релятивистскими. При этом движение «свободных» фотонов и материальных объектов вплоть до объектов космического масштаба всегда остается строго детерминированным.
В природе нет места пробабилизму, «бог не играет в кости», но фундаментальный детерминизм, как показано, не только не противоречит необратимости, но напротив, диалектически включает ее в свою структуру, показывая, что необратимость и нелинейность не являются принципами фундаментального уровня описания.
Обратной связью рассмотренных положений является вывод о необходимости уточнения концепций, положенных в основу классической и квантовой механик и теорий относительности в части фундаментальности и причинности элементарных движений. Состояния покоя и равномерного прямолинейного движения тел, которые приняты за основу в этих теориях, с новых позиций не могут быть признаны в качестве естественных и также нуждаются в объяснении. Эти выводы относятся ко всем движущимся объектам и представляют основу второго общефизического правила - всякое движение следует рассматривать, с одной стороны, как неравновесное состояние системы, с другой — как ее стремление в некое равновесное состояние, которое на фундаментальном уровне в структуре каузального анализа определяется в виде равномерно распределенного в пространстве фотонного моногаза особо высокой плотности, при которой не могут существовать другие виды элементарных частиц.
Указанное правило отражает в причинной структуре исходное свойство материи. Его фундаментальным следствием является взаимное притяжение материальных объектов, которое, как первопричина движения материи, породило и его элементарную составляющую в виде сингулярностей физического вакуума и свободного фотонного газа, противодействующего первопричине в соответствии с законом единства и борьбы противоположностей, что, в свою очередь, следует также признать наиболее фундаментальным онтологическим подтверждением гносеологического кредо последнего и основ концепции неоатомизма.
При экстраполяции сделанных выводов выявляется, в частности, механизм образования тяжелых элементарных частиц при бомбардировке и необходимость ограничения применимости лишь для открытых систем и изменения физического смысла формулы специальной теории относительности для полной энергии частицы. Исключается возможность бесконечного расширения Вселенной, и реальной становится гипотеза о пульсирующем прообразе Вселенной в условиях неизменной массы, теплоемкость которой на этапе расширения непрерывно возрастает. В первом приближении достигается понимание причин равенства гравитационной и инертной масс и ряд физических противоречий, в том числе противоречие между динамикой и кинематикой устраняются строго логическим путем.
Допускается возможность непротиворечивого объединения в единой теории элементов концепций пространства - времени Галилея - Ньютона и Эйнштейна. Соответственно это реально существующее абсолютно пустое, абсолютное пространство Ньютона, как вместилище тел, и реально наблюдаемое в «обрезанном» эксперименте материальное пространство Эйнштейна. Эти два вида пространства никто из них объединить не смог.
Таким образом, мы приходим к выводу, что научная копия природы может быть максимально приближена к оригиналу лишь при едином описании природы извне и изнутри, и в этом смысле идеал процесса познания также требует определенности.
Необратимость времени как фундаментальная закономерность может быть понята здесь в смысле не повторяемости мгновенного (со скоростью света) пространственно - временного состояния всех локализованных нумерованных субстанциональных сингулярностей - неоатомов в масштабе Вселенной, Метавселенной и Метапространства (в зависимости от того, время какого пространства рассматривается) с учетом соответственно и изменения пространственной формы сингулярностей - неоатомов.
Важным является также то обстоятельство, что уточненный физический смысл энтропии позволяет естественным путем устранить фундаментальные противоречия между термодинамикой и физиологией и объяснить, в том числе, причину асимметрии процессов анаболизма и катаболизма в метаболическом цикле с термодинамических позиций.

5.2. Физически адекватная математика
Наряду с атомистической программой в античной Гре¬ции формируется
программа и математическая. Развитие греческой математики в VI и V вв.
до н. э. связано с пифагореизмом, в котором можно видеть и новое по
сравнению с восточной математикой понимание числа и числовых соотношений
и, соответственно, новое представление о задачах математики. С помощью
чисел пифагорейцы не просто решают приклад¬ные задачи, как это имело
место в египетской и вавилонской математике, но пытаются познать и
природу всего сущего. Слова, приписываемые пифагорейцу Филолаю:
«...природа числа есть то, что дает познание, направляет и научает
каждого относительно всего, что для него сомнительно и неизвестно. В
самом деле, если бы не было числа и его сущности, то ни для кого не было
бы ничего ясного ни в вещах самих по себе, ни в их сношениях друг к
другу». Все это, безусловно, созвучно принципам физически адекватной математике, которая в качестве первого особого числа, т.е. единицы, вводит неделимую единицу, отождествляемую с элементарным материальным пространством (субстанцией), структурной единицей физического вакуума неоатом, и ноль, отождествляется с отсутствием материи в пространстве
(абсолютно пустое пространство).
В центре внимания пифагорейцев стоит вопрос о чис¬ловых пропорциях,
которые они называли также гармо¬ниями. Еще Пифагор, согласно многим
свидетельствам, открыл связь числовых пропорций с музыкальной гармонией.
На основании числовых соотношений пифаго¬рейцы составили представление о
расположении небес¬ных светил. Таким образом, не только арифметика и
гео¬метрия, но и музыка, и астрономия предстали как мате¬матические
науки. Аристотель приводит 10 пар противоположностей, из которых,
согласно пифагорейцам, якобы может быть построено все существующее. К таким парам обычно относят: предел - беспредельное, нечетное - четное, единое - многое, правое - левое, мужское - женское, покоящееся - движущееся, прямое - кривое, свет - тьма, хорошее - дурное, квадрат - параллелограмм.
Число мыслится пифагорейцами как единство предельного и беспредельного,
или как то же самое, нечетного и четного. Очень важным для пифагорейской
математики является понятие единицы, или, по-гречески, монады. Единица
сама есть не число, но «начало» числа: "первое четное число - двойка, а
первое нечетное - тройка. Монада неделима и есть именно то единое,
которое благодаря соединению с беспредельным порождает число.
Неделимость монады не физическая, а математическая, и в этом состоит
отличие пифагорейского понятия монады от демокритовского понятия атома.
Однако у ранних пифагорейцев еще нет логико-онтологического
обоснования числа. Как свидетельствует Аристотель, они отождествляли
числа с вещами.
«…Пифагорейцы признают одно - математическое – число, только не
отделенное: они утверждают, что чувственно воспринимаемые сущности
состоят из такого числа, а именно все небо образовано из чисел, но не
составленных из отвлеченных единиц: единицы, по их мнению, имеют
пространственную величину. Но как возникла величина у первого единого,
это, по-видимому, вызывает затруднения у них».
Вместе с развитием критицизма и появлением скептических мотивов – в
начале у элеатов, а позднее в более резкой форме у софистов - возникает
настоятельная потребность уяснить логическую природу и онтологи¬ческий
статус числа, а тем самым и природу той связи, которая существует между
числами и вещами. Софисты доказывали, что познание носит субъективный
характер, определяется особенностями познающего субъекта, поэтому
проблема обоснования математики выступала в тесной связи с вопросом о
возможности истинного зна¬ния вообще.
Решением обоих этих вопросов занялся Платон. Стремясь преодолеть
релятивизм и субъективизм софи¬стов, он вслед за Сократом ставит вопрос
о надындиви¬дуальном слое в сознании индивида. Индивидуальное,
особенное, по Платону, связано с нашим телом, а надын¬дивидуальное,
всеобщее - с душой и ее центром - умом. Соответственно все, что
относится к миру видимому, чувственному, является, но Платону,
изменчивым, тлен¬ным и составляет предмет «мнения». К «истинному,
непреходящему и вечному» принадлежит «незримое, нечувственное», которое
постигается только умом и является предметом подлинного знания.
Поскольку знание о природе, как оно было представ¬лено в
досократовской натурфилософии, есть знание о том, что возникает и
уничтожается, постольку оно, с точки зрения Платона, не может
быть достоверным и должно быть отнесено к сфере «мнения». Платон
тре¬бует отвернуться от природы, от представления о ней, которое дает
чувственное созерцание, чтобы выработать новые средства познания,
которые позволят впоследствии подойти к ней совсем не
так, как это делали натурфилософы. Сам Платон полагал, что тот способ познания, разработкой которого он занимался, имеет своим предметом не
природу, а мир чистых идей, но на самом деле через математическую программу этот способ познания получил выход и в сферу естествознания, хотя и не сразу.
Рассматривая природу идеального, Платон обратил¬ся к пифагорейскому
учению о числе. Важнейшая характеристика числа – это, по Платону, его
идеальность, в силу которой его «можно только мыслить». Ни числа, ни
геометрические объекты - точка, линия, треугольник и т.д.- не существуют
в мире чувствен¬ном: здесь наука имеет дело только с их «образными
выражениями». Они и вводят нас в сферу истинного бытия,
тождественного себе и вечно пребывающего, в отличие от изменчивого мира
становления. Математическое познание находится как бы посредине между
«мне¬нием», опирающимся на чувственное восприятие, и выс¬шей формой
знания - философией, или диалектикой. Поэтому Платон придавал большое
значение математике, как подготовке к философии, и абсолютизировал этот
способ, допуская существование идеального мира, в котором «обитают» и
числа.
Венгерский историк математики А. Сабо отмечает, что понимание чисел как
идеальных образований послужило логико-теоретической базой для
дальней¬шего развития греческой математики. «Числа,- пишет он - являются
чисто мысленными элементами, к кото¬рым невозможно подойти иначе, как
только путем мыш¬ления. Следовательно, можно видеть, что греческая
математика, в лице Евклида стремившаяся избегать в своих доказательствах
только наглядного и видимого, тоже хотела понимать свой предмет как
целиком принадлежащий к сфере чистого мышления. Именно эта тенденция
науки сделала возможным прекраснейшие евклидовы доказательства…». В
чувственном мире невозможно найти «единицу, которая ничем не отличалась
бы от другой», любой предмет чувственного мира, любая чувственная
«единица» отличается от другого предмета, от другой «единицы» -
тождественны они лишь в том смысле, что каждый из предметов мыслится как
«один», а «один» равен «одному» только в мире идеализации.
В математической программе Платона дается различное обоснование
арифметики, которая имеет дело с числами (в античной арифметике под
числом понимается только целое положительное число), и геометрии,
которая оперирует с «мате¬матическими вещами», т. е. с фигурами -
окружностя¬ми, треугольниками, четырехугольниками и их элементами. В
отличие от чисел как идеальных образований геометрические объекты
представляют собой промежуточные сущности, находящиеся как бы посредине
– между миром идей и эмпирическим миром. Они образуются из чисел и
некоторой материи, которую Платон в «Тимее» называет пространством, а
неоплатоники, в частности Прокл, в «Комментариях» к «Началам» Евклида
именуют «умопостигаемой материей».
Платон, таким образом, впервые в античной науке вводит понятие
геометрического пространства. До него античные философы сознательно не
отличали пространство от его наполнения, за исключением атомистов,
которые мыслили пространство физически как пустоту, отличая его от
атомов как наполненности. Не только доплатоновская, но и
послеплатоновская научно - философская мысль в лице Аристотеля и его
учеников не признавала пространства, как его понимал Платон. Но именно к
математической программе пифагорейцев и Платона обращаются творцы
математического естествознания Нового времени, опиравшиеся на идею
геометри¬ческого пространства.
Наиболее важными отличительными признаками античной математической
программы считаются, во-первых, то, что она не рассматривала движение и изменение. Движение стано¬вится предметом изучения математики только в XVI — XVII вв. Отчасти именно поэтому на этой базе не была построена наука
о природе движения – физика. Пред¬метом последней является, прежде всего,
движение и из¬менение природных процессов, хотя принято считать, что некоторые шаги в направлении создания математической физики были сделаны уже в рамках античной математической програм¬мы. К ним относят установление
гармоничес¬ких интервалов пифагорейцами, изучение рычага и соз¬дание
науки о равновесии (статики) Архимедом. Но для создания кинематики и динамики понадобилась новая математика, которой, как принято считать, не было в античности.
Существует точка зрения, что именно в виду того, что античная математика не изучала движение, Платон и его последователи утверждали, что чувственный мир не может быть предметом строгого научного знания (Тимей, 29 b - е). Платон не призна¬вал научным такой род знания о природе, который назы¬вался
«физикой» и в его время был представлен в учени¬ях натурфилософов
Фалеса, Анаксимена, Эмпедокла, Анаксагора и др. Поскольку в диалоге
«Тимей» идет речь о структуре космоса и о физических явлениях, Платон
считал свои построения не более чем «правдоподобным мифом». Однако даже
то немногое, что он сделал в области физики, считается весьма
существенным. Вслед за пифагорейцами он попытался выявить в
природном мире все то, что может быть предметом математики. «Тимей»
Платона некоторые рассматривают и как первый в истории науки вариант
математической физики, безусловно, недостаточно совершенный по исполнению, но весьма плодотворный по замыслу. Именно так оценил эту попытку Платона В. Гейзенберг.
Платон выделял геометрические пространственные образования в виде треугольников и образованные из них правильные многогранники - как исходные элементы при изучении физических объектов; он установил пропорциональные отношения между космическими стихиями — огнем, воздухом, водой и землей. Составленные из одних и тех же элементов, эти стихии могут превращаться друг в друга. В качестве специфики античной математической программы обычно представляют и то, что математика рассматривается в ней как чистая наука, а также как граница, отделя¬ющая чистую науку от технико-практических приложений. Всякое применение математики к познанию эмпирических явлений оценивается Платоном, как ее прикладная функция, и хотя против такого применения он не возражает, однако опасается, как бы в результате не было искажено понимание самой природы и сущности, как математики, так и
науки вообще, поскольку в силу возможности применять математические
знания на практике в саму математику вносятся механические методы
(Государство, VII. 527b). Не случайно проблема конструкции и геометрии
стала предметом серьезного обсуждения, как среди греческих математиков,
так и в платоновской Академии.
Отделение науки как знания от техники как искусства считается характерным
не только для Платона; оно как бы составляет специфику всех античных
научных программ, что связывают с общей тенденцией к резкому разграничению естественного (природного) и искусственного (созданного человеком). В научных программах нашла выражение общая культурно-историческая специфика древнегреческого сознания, определяющаяся не только духовными, но и материальными факторами жизни античного рабовладельческого общества. Это та черта, которая характеризует античное понимание науки в целом и входит как важнейший структурный момент в понятие науки в античной Греции. Указанное разделение двух сфер – теоретической и практически прикладной привело к вычленению науки как некоторой самостоятельной по отношению к практической сферы деятельности,
органически связной с философией. Чего не было на Востоке. Это разделение
обусловило также и специфический характер античного понятия науки.
Третья научная программа античности была создана Аристотелем. То
обстоятельство, что античная математика изучала только статические связи
и отношения, привело Аристотеля к убеждению, что физика не может быть
построена на базе математики, ибо физика есть наука о природе, а природе
присуще движение. Методологические принципы Аристотеля формировались как под влиянием платоновской философии, так и в полемике с ней. Аристотель не согласен с Платоном и его учениками в том, что все сущее рождается из
взаимодействия противоположных начал – единого (как равного себе,
самотождественного, неизменного, устойчивого и т.д.) и множества -
«неопределенной двойки», «неравного», «иного», «нетождественного»,
«большого и малого» (определения материи чувственных вещей у
платоников).
Противоположности не могут действовать друг на друга, утверждал
Аристотель. Межу ними должно находиться нечто третье, которое он
обозначил термином – подлежащее, субстрат (hypoceimenon).
Противоположности отнесены именно к субстрату и представляли собой уже
не субъекты, а предикаты этого посредника. Недопустимость непосредственного соединения противоположностей для Аристотеля была столь очевидной, что он видит в ней первое условие мышления вообще, без соблюдения которого никакое научное познание невозможно. Аристотель в качестве важнейшего закона мышления формулирует закон непротиворечия «… в одно и тоже время быть и не быть нельзя … это самое достоверное из всех начал» (Метафизика, IV,4, 1006 а). Аристотелевское учение о непрерывности получило также непосредственный выход на математику.
Принцип непрерывности был введен в математику современником Аристотеля Евдоксом в виде аксиомы непрерывности, которую можно найти среди определений V книги «Начал» Евклида. Четвертое определение гласит «…величины имеют отношение между собой, если они взятые кратно, могут превзойти друг друга». Аксиому Евдокса, как и аристотелевскую теорию непрерывности, тесно связывают с проблемой «бесконечного». Аристотель не
признавал понятия актуальной бесконечности. Он признает потенциально
бесконечное «…вне чего всегда есть, что нибудь». Отличие потенциально
бесконечного числа от актуально бесконечного состоит в том, что первое всегда
имеет дело с конечным числом.
Также как и Аристотель к актуальной бесконечности
относились и греческие математики, а также неоплатоники. Независимо от факта верификации либо фальсификации статуса философии в
качестве науки о методологии научного познания, к основам научной теории
познания отнесена и математика, обладающая почти столь же широкой
научной методологической общностью, как и собственно базовые критерии
научного познания. Именно методологическая масштабность математики
является тем решающим аргументом для ее включения в структуру научной
теории познания, где математика, кроме своих традиционных функций,
должна выполнять функции науки, которая осуществляет методологическую
координацию критериев научной истины и конкретных научных дисциплин в
особой, т.е. математической форме. Математический метод познания может
быть представлен и как самостоятельный научный принцип, который
позволяет описывать объективную реальность материального мира, в том
числе и вне зависимости от других критериев. Однако для этого математике
от ее современного состояния еще необходимо привести свои
фундаментальные положения в соответствие непосредственно с критериями
научной истины собственно теории научного познания.
Направление адекватной трансформации математики можно сформулировать
как «физически адекватная математика», т.е. неабстрактная математика, а математика эмпирически обоснованная, что позволит сделать научно более корректной не только собственно математику, но и математическую физику и собственно физику. Основы любой науки, в том числе и математики, должны опираться на оба критерия научной истины науки познания: логику и эксперимент, иными словами подтверждаться реальностью.
Современная математика опирается на математический анализ, в основе
которого лежит представление о числовой оси, представленной
отрицательной и положительной ветвями. Отрицательная ветвь числовой оси
сегодня фактически не имеет эмпирического (физического) обоснования, и
является чисто математической абстракцией.
Глядя на любой объект природы, мы должны задаваться вопросом о
корректности применения к нему понятия числа в его современном виде,
ввиду того, что любой физический объект состоит из огромного числа
других более мелких объектов. Учитывая, что тождественных объектов в
наблюдаемом мире пока не обнаружено (по крайней мере, убедительных
доказательств этому нет), то наука должна понимать, что количественно
оценивать, т.е. производить операции с числами, с позиций критериев
научной истины, она имеет право только применительно к тождественным
объектам. И обсуждаемый вопрос о тождественности физических объектов
сразу же уходит на фундаментальный уровень, и даже не в область
субатомной физики современного уровня, а еще глубже – на уровень
праматерии.
Физически тождественных объектов на достигнутом
сегодня уровне наукой понимания структуры мира пока ни естествознание,
ни обществоведение предъявить не могут. Это обстоятельство требует
понятие числа и особенно «особых чисел», т.е. нуля и единицы связать с
наиболее фундаментальными объектами мироздания, но не математического, а
физического мира, т.е. на уровне праматерии и пространства.
Вместе с тем, не смотря на существенные научные претензии к основам
современной математики у современной философии по всем объективным
признакам сегодня меньше научных оснований претендовать на возможность
конструктивного описания объективной реальности, нежели у современной
математики. Поэтому математику, как состоявшуюся науку в отличие от
философии, следует рассматривать, прежде всего, в качестве еще одного
закона науки познания, который позволяет осуществлять методологическую
координацию процесса научного познания как единого целого с точки зрения
количественного описания природы.
Экстраполирование математических моделей на самые различные области в
процессе познания мира оказалась особенно эффективной, а на определенных
этапах и единственно возможной научной методологией и, прежде всего, для
тех этапов развития той или иной науки, когда конструктивные модели по
разным причинам создать уже не удавалось. Таким образом, математические
модели позволяли не останавливать процесса развития конкретных наук и
познания в целом. Физика (и другие науки) в напряженном историческом
процессе своего становления неоднократно демонстрировали
целесообразность и высокую эффективность математической методологии
через применение математических моделей.
Сегодня наука продолжает широко и эффективно использовать все грани этой
стратегии. Однако современная наука недостаточно уделяет внимания тем
слабым сторонам математики, которые требуют научной рефлексии особенно с
позиций критериев науки познания. В итоге, наука сделала весьма поспешно
из математической методологии панацею, что закономерно отразилось на
общем состоянии науки и привело ее в определенной степени к стагнации в
развитии теоретических основ. Подавляющее большинство попыток в
создании специальных моделей сегодня сводятся в значительной степени к
тем абстрактным математическим моделям, которые сегодня способна
предложить современная математика. Это обстоятельство, в частности,
привело физику, как в позитивном, так и в негативном смысле к ее
современному виду математической физики, в которой уже в значительной
степени утрачено собственно физическое начало, т.е. отвечающее принципу
причинности в полной мере в представлении о мире.
Известны и другие крайности в истории науки. Философия науки, развитая,
в частности, в эмпириокритицизме Э.Маха ориентировалась на чисто
эмпирический анализ научного опыта и предполагала его очищение от любых
философско-теоретических допущений, где математика вообще оставалась
вне рамок данной философской программы. Полярной альтернативой эмпиризму стала стратегия философии науки, представленная неокантианцами под флагом «чистого познания», которое они отождествляли с математикой и принципами математического естествознания. Именно в математике они видели эталон научности. Представленные школы интересовала, прежде всего, логическая структура научного знания, которая должна быть, по их мнению, единой во всех науках.
Закономерен вывод, что именно физическая неадекватность математики,
т.е. несоответствие аксиоматических основ математики как науки объективно реальным природным процессам привела в итоге физику к неадекватной современной интерпретации наукой реального мира. Это привело, в частности, и к представлениям о статистической, вероятностной основе мироздания, хотя статистический подход к описанию физических процессов является важным и нужным, но всего лишь математическим методом, приемом для того, чтобы осуществить количественную оценку сложных (не детерминируемых) процессов. Необходимо заметить, что все, конечно, сложнее и
глубже и связано с весьма нелинейным ходом истории развития человечества
и процесса становления науки и познания в целом. Вместе с тем следует
еще раз подчеркнуть, что статистический подход, как и само понятие
вероятности, в условиях возрождения приоритета принципа причинности,
сохраняют свою научную значимость, но лишь в качестве методического
приема осуществления количественной оценки процессов микромира, но
отнюдь не в качестве фундамента мироздания. Причем, и это положение,
скорее всего, следует понимать лишь как временный этап на пути развития
науки до тех пор, пока не будет создана та новая концепции математики,
которую можно будет назвать адекватной физической математикой, которая
будет более адекватной научной копией природы, чем современная
математика, и сможет непротиворечиво отображать физический оригинал. В
состав физической математики также, безусловно, войдут, как это не
странным может показаться на первый взгляд, и обе геометрии, т.е.
геометрии и Евклида и Римана, причем обе, как физически адекватные.
Геометрия Евклида, соответственно, может считаться физически адекватной
для абсолютно пустого пространства (не путать с абсолютным пространством
Ньютона), а геометрия Римана физически адекватной для заполненного
материей пространства, коим является пространство «нашей» Вселенной.
Эффективность математической методологии, очевидно, может быть
объяснена тем, что основные принципы ее построения являются научными,
т.е. соответствуют критериям науки познания и в этом смысле фактически
тождественны физике, космологии и другим естественным наукам. Они также
опираются на опыт и логику, т.е. на объективную реальность. Математику
в своей основе следует считать подобием естественных наук,
разновидностью адекватного представления природы. Вместе с тем,
математическая научная копия природы методологически не является
полностью тождественной своему физическому аналогу. Она отличается более
высокой степенью абстракции и методологической общностью, т.е.
возможностью экстраполяции математических моделей на области
исследования недоступные для любых других наук, в том числе и на область
общественного знания, хотя также с определенными ограничениями.
В вопросах экстраполяции математических моделей синергетика
достигла сегодня достаточно больших успехов. Вместе с тем, и синергетика
и математический метод познания, в самом общем виде, сегодня еще далеки
от своего возможно более совершенного вида. Основными препятствиями на
пути их более масштабной и эффективной экспансии являются как наличие
принципиальных научных ограничений математического метода в современном
виде, которые не позволяют их экстраполировать и, в частности, на
область теории развития общества, так и проблемы их внутреннего
совершенства. Обратная связь данного положения состоит в том, что
математика должна целенаправленно строиться в соответствии с объективной
реальностью, причем по возможности предельно строго, т.к. от этого
принципиально зависит как эффективность, так и внутренняя корректность
самого математического метода познания. Как уже отмечалось, современная
математика этому условию пока не отвечает в той мере, как этого требует
научная теория познания.
В указанном смысле арифметизацию математики, как направление следует
признать как более адекватное, т.е. минимально абстрагированное, что
может быть оценено лишь позитивно. Смещение математической мысли в этом
направлении указывает, с одной стороны, на конструктивное движение
математической методологии, с другой стороны на не соответствие
основных положений современной математики критериям научной истины. С
позиций науки познания собственно основополагающие положения и аксиомы
математики не могут в методологическом плане доминировать над критериями
науки познания ввиду принципа иерархии наук.
Однако и в методологически научно корректном направлении арифметизации
математической науки еще предстоит осмыслить ряд положений научной
теории познания, но которые сегодня еще не рассматриваются математикой в
качестве проблемных и тем более, рабочих. Это, в частности, и тот
объективный факт, что в природе нет реальных примеров понятия
отрицательного. Вычитание же – это, прежде всего, процесс, который
реально существует и в природе и на положительной ветви числовой оси. Но
отрицательная ветвь числовой оси в реальности никогда не достигается.
Математика попыталась не различать процесс и состояние, что, является,
научно недопустимым с позиции науки познания. Соответственно, без
решения данной проблемы не может быть создана и научно корректная теория
вещественных чисел со всеми вытекающими из этого следствиями для
математики и науки в целом.
Данная абстракция была введена на самом начальном этапе процесса
становления математики и не была подвергнута научному анализу до сих
пор. Ее влияние на процесс познания в целом и на адекватность конкретных
результатов исследований, полученных с помощью математических методов и
отражающих современное состояние науки в различных областях знания и
общей научной картине мира, большинству из действующих наук еще
предстоит оценить.
Масштабность методологической экспансии, которая
объективно проводится математикой в современном научном познании, и,
следовательно, ожидание таких же масштабных возможных последствий,
требуют особого внимания к основам и научной методологической
корректности математики. Открытыми в современной математике остаются не только проблемы отрицательной и актуальной бесконечности, но и проблема бесконечно малых величин и проблема абсолютного нуля, реальных физических примеров которых в природе также не существует и, прежде всего, на
фундаментальном уровне. Именно на фундаментальном уровне актуального
мироздания эти понятия должны коррелировать с реальностью. Не
согласованы с реальностью, т.е. говоря языком физики, не имеют
экспериментального оправдания и целый ряд других весьма важных положений
современной математики.
По крайней мере, математике предстоит аргументировать свою позицию по
многим подобным вопросам. Нет, в частности, разумных оснований под
введением различных результатов в простом арифметическом действии с
одними и теми же числами в различных математических теориях. К примеру,
один плюс один – в арифметике в сумме это два, в алгебре Буля при
суммировании множеств это лишь единица, а в теории сложения по модулю
два сумма один плюс один равно нулю. Физически аргументированной
аксиомой в данном случае является только арифметическое решение.
Абстрагирование математики от опыта было оправдано лишь на начальных
этапах ее становления еще недостаточным знанием объективной реальности
и, следовательно, допустимостью разумных фантазий и абстракций. Но
современный этап понимания природы и развития науки уже в состоянии
сформулировать методологические требования и к самой математике, прежде
всего, со стороны науки познания. Указанное требование в предельно общем
виде формулируется как стратегическая необходимость максимального
приближения к реальности фундаментальных положений математики. Это, в
частности, позволит уменьшить и ее необоснованную усложненность.
Следует отметить, что устремления математиков (как и других наук) к
усложнению своего предмета носят и весьма заметный социальный аспект.
Пусть это временное, но все же искажение процесса познания может быть
названа как социологическая «иррациональность» науки. Критерий простоты
научной теории является одним из важнейших критериев науки познания,
который имеет все основания сегодня распространиться и на математику.