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
діри.) Якщо термодинаміка настільки універсальна, те як можна її логічно зв'язати з фізикою певних типів
часток і сил?
Потім, у другій половині XIX в., у роботах нового покоління фізиків-теоретиків (включаючи Джеймса Клерка Максвелла
у Шотландії, Людвіга Больцмана в Німеччині й Джосайи Уилларда Гиббса в Америці) було показано, що принципи
термодинаміки можна насправді математично вивести, аналізуючи ймовірності різних конфігурацій систем
певного типу, у яких енергія розподіляється серед дуже великої кількості підсистем. Так відбувається, наприклад, в
газі, енергія якого розподіляється серед утворюючий газ молекул. (Эрнст Нагель приводить цей приклад як зразок
відомості однієї теорії до інший24.) У рамках такої статистичної механіки теплова енергія газу є просто
кінетичною енергією його часток; ентропія є міра безладдя в системі; другий закон термодинаміки виражає
тенденцію ізольованої системи ставати усе більше неупорядкованою. Перетікання теплоти із всіх океанів в
Атлантичний привів би до збільшення порядку, і саме тому так не відбувається.
Якийсь час, у період між 1880-м і 1890-м рр., відбувалася справжня битва між тими, хто підтримував нову
статистичну механіку, і тими, хто, як Макс Планк і хімік Вільгельм Оствальд, продовжували затверджувати логічну
незалежність термодинаміки25. Эрнст Цермело пішов ще далі й намагався довести, що, оскільки в рамках
статистичної механіки зменшення ентропії малоймовірно, але все-таки можливо, ті припущення про молекули, на
яких побудована статистична механіка, не можуть бути вірними. Ця битва була зрештою виграна
послідовниками статистичної механіки, після того як на початку ХХ в. усіма була визнана реальність атомів і
молекул. Проте, навіть одержавши пояснення в термінах часток і сил, термодинаміка продовжує мати справа з такими
поняттями, як температура й ентропія, що втрачають усякий зміст на рівні окремих часток.
Термодинаміка це скоріше спосіб міркувань, а не частина універсального фізичного закону; коли ми її застосовуємо,
ми завжди можемо впевнено користуватися тими самими принципами. Але пояснення того, чому термодинаміка
застосовна до будь-якої конкретної системи26, приймає форму висновку, що використовує методи статистичної механіки й
пристрою, що відштовхується від деталей, системи, а це неминуче знову приводить нас на рівень елементарних часток.
Якщо скористатися картиною стрілок пояснень, що я вже застосовував вище, те термодинаміку можна
розглядати як певну систему таких стрілок, знову й знову виникаючих у дуже різних фізичних
обставинах, але де б вони не виникли, завжди за допомогою методів статистичної механіки можна простежити, як
вони сходяться до більше глибоких законів і наприкінці
37
кінців до принципів фізики елементарних часток. Як показує цей приклад, застосовність наукової теорії для
з'ясування дуже широкого кола явищ зовсім не означає автономність її від більше глибоких фізичних законів.
[...]
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