Пошук остаточних законів природи
Цей сайт присвячений великій інтелектуальній пригоді - пошуку остаточних законів природи. Мрія про остаточну теорію багато в чому надихає роботи в області фізики високих енергій. Хоча ми й не знаємо, як можуть виглядати остаточні закони або скільки років пройде, перш ніж вони будуть відкриті, все-таки ми думаємо, що вже в сучасних теоріях уловлюються проблиски контурів остаточної теорії.
Сама ідея остаточної теорії суперечлива і є в наші дні предметом інтенсивних суперечок. Це протиріччя вже досягло комітетських кабінетів конгресу США: фізика високих енергій стає усе більше дорогою наукою й обіг учених за суспільною підтримкою частково обґрунтовується історичною місією відкриття остаточних законів
Із самого початку в наміри входив виклад тих питань, які виникають у зв'язку із самою ідеєю остаточної теорії як частини інтелектуальної історії нашого часу, розраховане на людей без спеціальної підготовки по фізиці й вищій математиці. Мова йде про ключові ідеї, що лежать в основі сучасних фундаментальних досліджень по фізиці. Але це не підручник по фізиці, і Ви не зустрінете окремих глав, повністю присвячених часткам, взаємодіям, симетріям і струнам. Навпроти, тут уплетені поняття сучасної фізики в обговорення того, що таке остаточна теорія і як ми збираємося неї шукатися
Остаточна теорія
випадку атомів або молекул.) И все-таки ми не сумніваємося, що властивості атомних ядер такі, які вони є, тому що
нам відомі принципи стандартної моделі. У цьому випадку слова «тому що» не мають нічого загального з нашої
здатністю реально вивести щось, а відбивають лише наші погляди на пристрій природи.
Людвіг Витгенштейн, що заперечував саму можливість пояснення якого-небудь факту за допомогою будь-якого іншого факту,
попереджав, що «в основі всього сучасного погляду на мир лежить ілюзорна точка зору, що так звані
закони природи являють собою пояснення природних явищ»18. Подібні попередження мало мене торкають.
Говорити фізикові, що закони природи не є поясненнями природних явищ, це однаково, що вселяти тигрові,
пренаступний видобуток, що немає різниці між м'ясом і травою. Те, що ми, учені, не знаємо, як пояснити в прийнятної
для філософів формі, що ж ми насправді робимо, займаючись пошуками наукових пояснень, не означає, що те, що
ми робимо, зовсім даремно. Звичайно, ми можемо користуватися допомогою філософів-професіоналів, щоб зрозуміти,
що ми робимо, але з нею або без її ми будемо робити те саме.
Схожий ланцюжок «чому?» можна вибудувати для будь-якої фізичної властивості шматка мела - для його крихкості,
щільності, опору електричному струму. Але спробуємо проникнути в лабіринт пояснень через інший вхід,
розглядаючи хімію мела. Як говорив Хаксли, крейда головним чином складається з карбонату кальцію. Хоча Хаксли цього
прямо й не затверджував, він, імовірно, знав, що ця хімічна сполука складається з елементів кальцію, углеро-
28
та й кисню в зовсім певних вагових пропорціях, відповідно, 40, 12 і 48%.
Чому? Чому ми виявляємо, що кальцій, вуглець і кисень утворять саме цю хімічну сполуку
тільки в таких пропорціях, і не існує інших з'єднань, що містять такі ж елементи в багатьох інших
можливих пропорціях? Відповідь була знайдена хіміками XIX в. за допомогою атомної теорії, причому до того, як були
отримано прямі експериментальні свідчення існування атомів. Ваги атомів кальцію, вуглецю й кисню
ставляться як 40:12:16, а молекула карбонату кальцію складається з одного атома кальцію, одного атома вуглецю й трьох
атомів кисню, так що відношення ваг цих елементів у карбонаті кальцію саме дорівнює 40:12:48.
Чому? Чому атоми різних елементів мають ті значення ваги, які ми спостерігаємо, і чому молекули складаються
із зовсім певної кількості атомів кожного сорту? Уже в XIX в. знали, що число атомів кожного сорту в
молекулах, подібних до карбонату кальцію, визначається числом електричних зарядів, яким обмінюються друг з
іншому атоми в молекулі. В 1897 р. Дж. Дж. Томсон виявив, що носіями цих електричних зарядів є
негативно заряджені частки, названі електронами. Ці частки багато легше, ніж атоми в цілому, і саме вони
переміщаються по проводам у звичайних електричних колах, коли тече струм. Елементи відрізняються друг від друга числом
електронів в атомі: один у водню, шість у вуглецю, вісім у кисню, двадцять у кальцію й т.д. Коли до атомів, з
яким складається крейда, застосували закони квантової механіки19, то з'ясувалося, що атоми кальцію й вуглецю охоче
віддають, відповідно, два й чотири електрони, а атом кисню легко підхоплює два електрони. Таким чином, три
атома кисню в кожній молекулі карбонату кальцію можуть підхопити шість електронів, надаваних одним атомом
кальцію й одним атомом вуглецю; баланс сходиться. Електричні сили, породжувані цим обміном електронів, і
утримують молекулу від розвалу на складові частини. А що можна сказати про атомні ваги? Після робіт Резерфорда в
1911 р. ми знаємо, що майже вся маса атома втримується в маленькому позитивно зарядженому ядрі, навколо якого
звертаються електрони. Після деяких утруднень, до 1930 р. фізики зрозуміли, що атомне ядро складається із двох сортів
часток, що мають майже однакові маси, а саме із протонів з позитивним електричним зарядом, рівним по
величині негативному заряду електрона, і нейтронів, що не мають заряду. Ядро атома водню складається з одного
протона. Число протонів повинне завжди рівнятися числу електронів20, щоб атом залишався нейтральним, а нейтрони
потрібні тому, що сильне притягання між ними й протонами істотно для втримання ядра від розвалу. Нейтрони й
протони важать
[...]
Початок
[1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84] [85] [86] [87] [88] [89] [90] [91] [92] [93] [94] [95] [96] [97] [98] [99] [100] [101] [102] [103] [104] [105] [106] [107] [108] [109] [110] [111] [112] [113] [114] [115] [116] [117] [118] [119] [120] [121] [122] [123] [124] [125] [126] [127]
У світі фізики
Наука та техніка