Собственно К. Ровелли, так же как М. И. Подгорецкий и Я. А. Смородинский, во главу угла ставит единство науки. Подгорецкий и Смородинский хотят построить единую аксиоматическую систему в физике. Что касается К. Ровелли, он стремится восстановить единство и целостность науки, какими они были во времена классической физики. Но компоненты создаваемого им нового синтеза уже другие, отличающиеся от тех, которые были в классике.
Квантовая механика (КМ) и общая теория относительности (ОТО) модернизировали фундаментальные понятия классической физики до основания. Квантовая механика изменила понятия материи, каузальности, измерения, но оставила неизменными понятия пространства и времени. ОТО, напротив, изменила как раз эти понятия. Эти модификации не укладывались в единую картину физического знания. Оказалось, что основные допущения квантовой механики (КМ) и общей теории относительности (ОТО) противоречат друг другу. Это противоречие не давало возможности создать целостную картину естественной науки. Современная картина является фрагментарной, и физики ищут пути создания нового синтеза.
Авторы петлевого подхода к квантовой гравитации утверждают, что главная причина противоречий между КМ и ОТО состоит в том, что они оперируют совершенно разными понятиями пространства и времени. Квантовая механика оперирует понятиями пространства и времени как некой фиксируемой нединамической базой, на которой определена квантовая теория поля (QFT). На этой базе существуют поля и частицы. Общая теория относительности, напротив, не использует понятие пространства-времени, она является background-independent теорией, т. е. ОТО не соотносится с какой-либо определенной пространственно-временной метрикой, последняя задается решением динамического уравнения. То, что мы используем в ОТО, во многих отношениях напоминает электромагнитное поле. В ОТО пространство Ньютона и пространство-время Минковского, используемые в специальной теории относительности (СТО) Эйнштейна, исчезают. Пространство-время становится конфигурацией гравитационного поля. Фактически, частицы и поля, с одной стороны, и пространство-время, с другой, являются такими динамическими сущностями, которые «живут» друг на друге .
Вот как об этом писал сам Ровелли. Допустим, мы наблюдаем большое количество животных, которые живут на острове. Но затем мы открываем, что животные живут не на острове, а на огромном ките, т. е. на другом животном. Так и Универсум существует не на пространстве-времени, он существует в качестве поля на других полях. И собственно, в своей книге Ровелли пытается объяснить тот концептуальный сдвиг, который происходит на уровне QFT (квантовой теории поля). Одно важное следствие, к которому он приходит, состоит в том, что кванты поля не могут жить в готовом пространстве-времени, они должны строить пространство-время сами.
Согласно петлевому подходу, пространство-время КМ должно быть трансформировано так, чтобы соответствовать характеристикам пространства-времени ОТО. В то же время пространство-время ОТО также должно измениться. Оно представляет собой динамическую сущность, а КМ требует, чтобы любая динамическая сущность была «сделана» из квантов. Следовательно, чтобы реализовать синтез ОТО и КМ, пространство- время ОТО должно стать квантованным.
Пытаясь решить эту проблему, представители петлевого подхода выдвигают предположение, что на самых малых длинах и временах пространство-время не является гладким многообразием, как в классической науке. Оно концентрируется вдоль петель, вне и внутри петли оно стремится к нулю. Петли -- это маленькие ячейки пространства- времени, связанные между собой так, чтобы пространство-время приобрело дискретную структуру. На больших масштабах пространство-время преобразуется в гладкое классическое многообразие.
Ровелли полагает, что такая схема снятия противоречий между квантовой теорией и ОТО позволит применять совместно уравнения рассматриваемых теорий при построении квантовой теории гравитации, что поможет ускорить создание этой сложной современной естественно-научной теории.
3. Эпистемологические проблемы переходных периодов в модели Ровелли
Ровелли занимается не только физическими, чисто научными, но и методологическими вопросами. Большое место в его творчестве занимают эпистемологические проблемы. Важнейшая из них -- реконструкция переходных периодов в естественно-научном познании. В то время, когда писалась книга Ровелли (вторая половина XX века), популярной становится программа ведущих философов науки того времени -- Томаса Куна, Пола Фейерабенда и Норвуда Рассела Хансона, утверждавших, что развитие естественно-научного знания носит линейный характер, как и положено развивающемуся познанию. Но если в процессе переходных периодов в науке происходят революции, между теориями, разделенными такой революцией, происходит разрыв постепенности. Причина этого разрыва состоит в том, что сменяющие друг друга теории являются несоизмеримыми. Ровелли утверждает, что развитие науки не носит линейного характера. Он критикует модель Куна и др. (Фейерабенда и Хансона) и полагает, что единственный способ сделать критику достаточно эффективной -- это связать ее с феноменом многопотоковости. (Напоминаю, что Ровелли не использует этот термин, хотя фактически имеет в виду нечто аналогичное.) Остановимся на этом подробнее.
Прежде всего, что такое несоизмеримость теорий? В широком смысле слова несоизмеримость понятий, целей научного знания, да и самих теорий означает, что между ними невозможно установить рациональные или логические отношения. В случае если они разделены научной революцией, меняется все: содержание научного знания, смысл одинаковых по звучанию или названию терминов теорий, цели и ценности научного знания. Исследователь может легко попасть в ловушку одинаковых по звучанию или написанию слов и не заметить или не оценить масштаб происшедших изменений.
Рассмотрим кратко переход от физики Аристотеля к физике Ньютона. Этот переход был подлинной революцией в науке. Мы рассмотрим ситуацию с изменением смысла терминов. Наиболее ярким примером в смене происшедших в данном случае изменений является термин, который фигурирует и в физике Аристотеля, и в физике Ньютона -- это понятие «места». Исследователю переходного периода от физики Аристотеля к физике Ньютона прежде всего бросается в глаза тождественность, сходство этих понятий. Но более тщательный анализ показывает ошибочность этих представлений. В физике Аристотеля «место» -- это граница тела, причем не того тела, о «месте» которого идет речь, а объемлющего его тела, и если объемлющего тела нет, то нет и «места». Если в физике Аристотеля удалить все тела, находящиеся в том или ином «месте», не останется ничего, в то время как в ньютоновской физике останется пространство. Приведу простой пример аристотелевского места -- сосуд с водой. Можно утверждать, что аристотелевское пространство -- это внутренняя граница сосуда, в который налита вода. (Далеко не все авторы, которые занимаются исследованием места и пространства, понимают разницу между этими понятиями. Она дает о себе знать, когда речь заходит о смене теорий.)
Вернемся, однако, к программе Куна, Фейерабенда и Хансона. Ровелли не принимает программу этих философов науки, потому что она основывается на представлениях о прерывистом характере развития научного знания. Сам Ровелли придерживается другой точки зрения. В то время когда автор петлевого подхода к квантовой гравитации решил принять программу Куна, Фейерабенда и Хансона, он находился под влиянием взглядов своих соперников -- сторонников струнного подхода. Они уверяли, что при линейном развитии в науке возрастает кумулятивность знания (знание растет), и для науки это хорошо. Но потом автор петлевого подхода к квантовой гравитации разочаровался во взглядах суперструнщиков и вновь вернулся к петлевому подходу. «В противовес Куну, Фейерабенду и Хансону развитие научного знания не является линейным», -- писал Ровелли, подытоживая свои, чаще всего заочные, дискуссии со сторонниками струнного подхода. (Они были заочными, потому что сторонники струнного подхода никогда не рассматривали петлевой подход серьезно, в качестве противника, способного конкурировать с их собственным, струнным подходом).
Но ведь как, наверное, уже заметил внимательный читатель, при этом складывается парадоксальная ситуация. Получается так: для решения проблемы смены теорий упоминаемые философы науки используют непрерывную, линейную модель. С другой стороны, они стремятся доказать, что в науке происходят разрывы постепенности, и она не является непрерывной. (Это, естественно, знает и Ровелли: он прекрасно осведомлен о том, что в развитии научного знания совершаются научные революции.) Может создаться впечатление, что упомянутые философы науки используют линейную модель в целях утвердить представление о том, что в развитии науки нет кумуляции, что знание не растет. Таким образом они утверждают прерывистый характер естествознания. И объясняют это несоизмеримостью последовательно сменяющих друг друга теорий. Все это выглядит противоречивым, звучит странно и нуждается в объяснении.
Ровелли, естественно, не может принять в качестве верной такую модель. Он строит собственную систему эпистемологических предпосылок. Он надеется исправить противоречивую интерпретацию переходных периодов в программе упомянутых философов с помощью феномена, аналогичного многопотоковости. По его мнению, в описание ситуации перехода от предшествующей теории к последующей вкралась ошибка. Т. Кун, П. Фейерабенд и Н. Р. Хэнсон считают, что в процессе смены теорий существует только одна теория, которая нуждается в замещении старой и принятии новой теории (как это и должно быть согласно линейной модели). На самом деле, утверждает Ровелли, в реальной науке существует не одна, а несколько теорий, нуждающихся в таком замещении. (Этого могут не знать философы, но физики в данном случае могут знать больше.) И это открывает возможность использовать при «разруливании» описанной выше запутанной ситуации то, что мы назвали многопотоковостью.
Собственная модель Ровелли -- это система связанных между собой эпистемологических требований, которую (как полагает Ровелли) должен принять любой исследователь, если он заинтересован в том, чтобы развитие знания было успешным. Рассмотрим их по порядку.
1. Первая предпосылка отвечает на вопрос о легитимности использования линейных моделей при реконструкции переходных периодов. Ровелли считает, что использование линейной модели здесь нецелесообразно. Оно угрожает единству науки, мешает ее практическому применению. А ведь в реальной науке взаимодействие науки с ее практическим приложением происходит постоянно.
2. Согласно второму эпистемологическому принципу наиболее плодотворным при смене теорий является принцип научного реализма. Наибольшего успеха достигают те исследователи, которые не пользуются «дикими» (wild) теориями, как их называет известный физик Гелл-Манн. Они предпочитают теории, укорененные в прошлом или современном научном познании. Обращение к случайным, взятым наугад, теоретическим допущениям и аргументам может нарушить успешный ход развития науки.
3. Но если предыдущие условия выполняются, то все промахи и неудачи при смене теорий, утверждает Ровелли, коренятся в ошибках самих ученых. И пока ошибки не будут исправлены, знание не сможет развиваться успешно.
В качестве примера Ровелли рассматривает ситуацию, сложившуюся в классической физике, когда создавалась ньютоновская механика. Создателю величественного здания классической механики Исааку Ньютону удалось исправить ошибку Иоганна Кеплера, полагавшего, что планеты движутся вокруг Солнца под действием силы, заставляющей планету двигаться по солнечной орбите. Ньютон показал, что, вопреки Кеплеру, эта сила толкает планету не вдоль орбиты, а радиально, от планеты к Солнцу (центростремительная сила). Назначение этой силы в том, чтобы удерживать планету на орбите. Что касается движения по орбите, оно происходит по инерции. И если сила, удерживающая планету на орбите, перестанет действовать, планета покинет орбиту и уйдет в открытый космос.
Второй пример также связан с ошибками самих ученых. Речь идет о создании специальной теории относительности Эйнштейна (СТО). В конце XIX века обнаружилось противоречие между максвелловской электродинамикой и классической механикой. Точнее, между уравнениями электромагнитного поля Максвелла и принципом относительности Галилея. Уравнения Максвелла были неинвариантными относительно преобразований Галилея. Многие ученые полагали, что одна из этих теорий должна быть изменена. Часть ученых считали, что максвелловскую теорию следует рассматривать как феноменологическую теорию некоторой, пока еще не открытой, эфирной динамики. Третьи считали, что инерциальные системы, эквивалентные в механике, не являются таковыми по отношению к электромагнитным явлениям. Какую точку зрения выбрал Эйнштейн?
Самое интересное в данном случае состояло в том, что Эйнштейн не выбирал. Он был убежден в справедливости максвелловской электромагнитной теории. Но также он был уверен в справедливости принципа относительности Галилея. Он считал, что существует какая-то ошибка, ответственная за кажущееся противоречие. И она была совершена самими учеными. Эйнштейн нашел эту ошибку. Неверным было классическое понятие одновременности как имеющей абсолютный характер, в то время как в действительности существует только относительная одновременность, как он и утверждал в строящейся им СТО. Переопределив понятие одновременности, Эйнштейн устранил кажущееся противоречие между двумя конкурирующими теориями и реализовал их синтез.