Юрий Владимиров: состояние и перспективы развития фундаментальной теоретической физики

Юрий Сергеевич Владимиров – физик-теоретик, доктор физико-математических наук (1976), профессор кафедры теоретической физики физического факультета Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова а также профессор Института гравитации и космологии Российского университета дружбы народов.

Ю.С. Владимиров родился в Москве в 1938 году. Окончив Московскую среднюю школу в 1955 году, поступил на физический факультет МГУ, который окончил в 1961 году и был оставлен работать на факультете в гравитационной группе под руководством профессора Д.Д. Иваненко. С тех пор по настоящее время является сотрудником физического факультета в должностях: младший, старший, ведущий научный сотрудник, профессор.

Область научных интересов: классическая и квантовая теории гравитации, проблема объединения физических взаимодействий, многомерные модели физических взаимодействий, теория прямого межчастичного взаимодействия, теория систем отношений, бинарная геометрофизика, метафизические и философские проблемы теоретической физики.

Ю.С. Владимиров является автором более 30 монографий и учебных пособий по фундаментальной теоретической физике, среди которых: «Системы отсчета в теории гравитации», «Пространство-время: явные и скрытые размерности», «Метафизика», «Геометрофизика», «Основания физики», «Между физикой и метафизикой», «Природа пространства-времени» и другие. Под его руководством на физическом факультете в течение многих лет работают научные семинары «Метафизика» и «Геометрия и физика».

В настоящее время Ю.С. Владимиров является вице-президентом Российского гравитационного общества, главным редактором журнала «Метафизика», заместителем главного редактора журнала «Gravitation and Cosmology», членом Ученого совета философского факультета МГУ имени М.В. Ломоносова.

Что такое фундаментальная теоретическая физика?

В современной теоретической физике следует различать три составляющие: собственно теоретическую физику, прикладную теоретическую физику и фундаментальную теоретическую физику. В собственной теоретической физике развиваются следствия уже открытых закономерностей (принципов и уравнений). В прикладной теоретической физике обсуждаются применения уже открытых закономерностей к конкретным явлениям и установкам. А предметом фундаментальной теоретической физики является анализ, обоснования и возможные обобщения (изменения) используемых в физике понятий и закономерностей.

Что характерно для современной фундаментальной физики?

В течение всего ХХ века развитие теоретической физики опиралось, главным образом, на открытия, сделанные в первой трети века, то есть на принципы теории относительности (специальной и общей) и квантовой теории. Можно утверждать, что к настоящему времени эти принципы в значительной степени выработаны и сложились условия для нового решительного изменения оснований физики, что входит в компетенцию фундаментальной теоретической физики.

К настоящему времени накоплен достаточный объем идей и экспериментальных данных для решительного шага в этой области знаний, правда, сейчас далеко не все физики-теоретики осознают сложившуюся обстановку. Многие полагают, что теоретическая физика развивается вдоль единого магистрального направления. Однако это не так. В современной фундаментальной теоретической физике явно проявились три направления развития (три взгляда на физическое мироздание), которые естественно назвать тремя метафизическими парадигмами. Таковыми являются: 1) теоретико-полевая парадигма (ныне доминирующая), в основу которой положены принципы и понятия теории поля (главным образом, квантовой теории), 2) геометрическая парадигма, опирающаяся на закономерности общей теории относительности и ее обобщений, и 3) реляционная парадигма, принципы которой были заложены в трудах Г. Лейбница и Э. Маха.

Чем определяется наличие трех парадигм?

Наличие трех парадигм тесно связано с трактовкой трех слагаемых во втором законе Ньютона (m a = F), которые являются проявлениями (свойствами) трех ключевых физических категорий: пространства-времени (ускорение а), тел или частиц, помещенных в пространство-время (масса m) и полей переносчиков взаимодействий между частицами (сила F). Состоявшаяся в начале ХХ века революция в физике фактически была связана с двумя видами совращений числа ключевых физических категорий с трех до двух.

Так, создание общей теории относительности (ОТО Эйнштейна) было первым шагом в развитии геометрической парадигмы, основанной на исключении самостоятельного характера категории поля. Гравитационное поле стало трактоваться как свойство искривленного пространства-времени (через метрику). В 5-мерном ее обобщении (в теории Калуцы) аналогичным образом описывался электромагнетизм. Категория частиц (тел) осталась неизменной. Ее свойства описываются тензором энергии-импульса в правой части уравнений Эйнштейна.

В квантовой теории поля две прежние физические категории – частиц и полей переносчиков взаимодействий – были объединены в новую обобщенную категорию поля амплитуды вероятности на фоне сохраненной категории пространства-времени.

Однако в ХХ веке оказалась на обочине третья парадигма – реляционная, в которой исключается самостоятельный (первичный) характер категории пространства-времени. Оно объявляется абстракцией от отношений между телами (частицами) и событиями с их участием. Ярким проявлением этой идеи явилась дискуссия Г. Лейбница с Кларком, сторонником взглядов Ньютона. На вопрос Лейбница: пространство останется, если из него удалить все тела, Кларк отвечал, что останется, тогда как Лейбниц считал, что оно потеряет смысл, так как оно по своей сути представляет собой совокупность отношений между телами. Эти взгляды затем отстаивались Э. Махом. В Риссии активным сторонником реляционных идей был Я.И. Френкель.

Какова судьба реляционной парадигмы?

Как уже было сказано, в ХХ веке реляционная парадигма оказалась на обочине магистрального развития теоретической физики, однако в минувшем веке идеи реляционной парадигмы несколько раз оказались существенными. Известно, что Эйнштейн руководствовался ими при создании общей теории относительности. Затем они послужили Р. Фейнману при развитии новой формулировки квантовой механики. Однако, под напором успехов в квантовой теории поля как Эйнштейну, так и Фейнману, пришлось отступать. Аналогичная ситуация сложилась и во взглядах Френкеля. И только к настоящему времени стали все чаще высказываться мысли о необходимости развития реляционных идей.

Зачем нужно развивать принципы реляционного взгляда на мир?

Окидывая взглядом развитие теоретической физики в ХХ веке, можно составить представление о том, сколь много усилий было затрачено на тщетные попытки решения ряда принципиально важных проблем, основываясь лишь на принципах теоретико-полевой и геометрической парадигм. Среди них следует назвать такие проблемы как устранения расходимостей из квантовой теории поля, объединение принципов квантовой теории поля и общей теории относительности (проблема квантования гравитации), объединение физических взаимодействий. К ним следует добавить ряд проблем астрофизики и космологии. Попытки их решения на базе общей теории относительности привели к разработке ряда мифических изобретений в виде темной энергии, темной материи, кротовых нор и прочих темных изобретений.

Все это свидетельствует о том, что на сложившиеся проблемы физики и вообще на основы физического мироздания нужно смотреть шире. Как нам представляется, только умение смотреть на мир с позиций всех трех названных выше парадигм позволяет составить наиболее полное представление о физической реальности и избежать попыток решения надуманных проблем.

Что препятствовало развитию реляционной парадигмы?

Долгое время для развития идей реляционной парадигмы не хватало должного математического аппарата, позволявшего облечь реляционные идеи в достаточно строгую форму. К настоящему времени такой аппарат уже создан в нашей стране. Его начало было заложено в трудах Ю.И. Кулакова и его научной группы в Новосибирске. Это направление исследований было поддержано академиком И.Е. Таммом. Затем этот аппарат был обобщен и в виде теорий унарных и бинарных систем комплексных отношений применен для описания физики микромира в МГУ. Главное достоинство этого подхода состоит в отказе от априорного задания классического пространства-времени. Предлагается строить физику на базе независимой системы понятий и принципов.

Что может дать развитие реляционного подхода к физическому мирозданию?

Анализ показал, что на основе математического аппарата теории систем отношений удается существенно продвинуться в решении ряда принципиально важных проблем. Среди них следует назвать обоснование спинорной структуры элементарных частиц (без привлечения готового пространства-времени), обоснование размерности классического пространства-времени, его сигнатуры и квадратичного мероопределения, новый взгляд на природу гравитации, новый подход к интерпретации квантовых закономерностей, а также новый взгляд на ряд проблем космологии и релятивистской астрофизики. Отметим, что ряд названных результатов оказался созвучным идеям, ранее высказывавшимся физиками и математиками прошлого: Э. Махом (Чехия), Я.И. Френкелем (Россия), Л.И. Мандельштамом (Россия), Д. Ван Данцигом (Нидерланды), Е. Циммерманом (США), Р. Пенроузом (Англия), П.К. Рашевским (Россия) и другими видными мыслителями.

Что нужно делать для развития исследований в области фундаментальной теоретической физики?

В российском научном сообществе набирает силу осознание важности обсуждения и сопоставления идей различных физических парадигм и анализа вытекающих из них следствий. Это осуществляется на нескольких научных семинарах на физическом факультете МГУ имени М.В. Ломоносова, в Российском университете дружбы народов, в Институте философии РАН и в ряде других мест. Отметим, что регулярно работающий (по четвергам) на физическом факультете МГУ научный семинар «Геометрия и физика» продолжает вековые традиции обсуждения оснований фундаментальной физики, заложенные на семинарах П. Эренфеста, Я.И. Френкеля и Д.Д. Иваненко. Для обсуждения выдвигаемых идей и состоявшихся дискуссий создан специальный научный журнал «Метафизика». Кроме того, материалы по этой проблематике публикуются в журналах «Пространство, время и фундаментальные взаимодействия», а также в журнале “Gravitation and Cosmology”, органе Российского гравитационного общества. В последнее время (в 2017 и 2018 годах) по данной проблематике в нашей стране (на базе РУДН) были проведены две Российские конференции по основаниям фундаментальной физики и математики. В конце этого года подготавливается проведение третьей такой конференции.

Следует подчеркнуть, что схожие процессы происходят и в современной математике, где также можно отчетливо проследить тенденцию смены парадигм.

Все изложенное свидетельствует о том, что созрело время для создания специальной общественной структуры типа «научной школы по основаниям фундаментальной физики и математики». В настоящий момент ведется подготовка формирования такой школы.

Интервью: Иван Степанян

Read more: Современная наука с Иваном Степаняном ...