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
як завжди буває в історії науки (а я підозрюю, що й в історії чого завгодно), вся простота проблеми випаровується, якщо
придивитися до неї повнимательнее.
Розглянемо розбіжність між ньютоновской теорією й спостережуваним рухом Меркурія. Навіть якщо ми нічого не
знаємо про ВІД, хіба ця розбіжність не вказує нам цілком ясно, що щось негаразд із ньютоновской теорією тяжіння?
Зовсім не обов'язково. Будь-яка теорія начебто ньютоновской теорії тяжіння має таку величезну кількість додатків,
що увесь час зіштовхується з якимись експериментальними аномаліями. Не існує теорії, що не суперечила
би якому-небудь експерименту. Протягом всієї своєї історії ньютоновская теорія Сонячної системи
суперечила різним астрономічним спостереженням. ДО 1916 р. у число таких розбіжностей входили не тільки аномальна
прецесія орбіти Меркурія, але й аномалії в русі комет Галлея й Энке, а також у русі Місяця. У всіх цих
випадках реальне поводження тіл не пояснювалося ньютоновской теорією. Зараз ми знаємо, що пояснення аномалій в
русі комет і Місяця не має ніякого
76
відносини до основ теорії тяжіння. Комети Галлея й Энке поводяться не так, як треба з обчислень за допомогою
ньютоновской теорії, тому що ніхто не знає, як правильно врахувати в цих обчисленнях той тиск, що роблять
гази, що вилітають із ядра комети, що рухається по орбіті, коли вона нагрівається, проходячи близько від Сонця. Аналогічно,
рух Місяця дуже складно, тому що Місяць все-таки досить велике тіло й тому вона піддана впливу різного
роду складних приливних сил. Оглядаючись назад, ми не повинні дивуватися, що при застосуванні ньютоновской теорії до
цим явищам виникли розбіжності. Крім того, було кілька пропозицій, як можна було б пояснити аномалію в
русі Меркурія в рамках ньютоновской теорії. Одна з можливостей, що серйозно обговорювалися на початку століття,
полягала в тім, що між Меркурієм і Сонцем нібито є якась речовина, що злегка спотворює гравітаційне
поле Сонця. Помітимо, що жодне з розбіжностей між теорією й експериментом, образно говорячи, не підхоплюється, не
розмахує прапором і не кричить: «Я найважливіша розбіжність!» Учений кінця XIX і початку ХХ вв., критично
рассматривавший всі дані, не міг із упевненістю дійти висновку, що в якийсь із відомих аномалій у Сонячної
системі є щось особливо важливе. Потрібна була теорія, що могла б пояснити, яке ж зі спостережень важливо на
самій справі.
Як тільки в 1915 р. Эйнштейн показав, що розрахунок додаткової прецесії орбіти Меркурія за допомогою ВІД
приводить до спостережуваного значення в 43 кутові секунди за сто років, це відразу ж з'явилося, звичайно, серйозним
свідченням на користь теорії. Насправді, як я поясню нижче, до цього свідчення варто було б віднести ще
більш серйозно. Може бути, через достаток інших можливих збурювань орбіти Меркурія, може бути, через сумніви в
цінності теорій, підтверджуваних уже існуючими даними, а може бути, просто через те, що йшла війна, але так
або інакше успішне пояснення Эйнштейном прецесії Меркурія не можна й поруч поставити з тим впливом, що
зробило повідомлення експедиції 1919 р. по вивченню сонячного затьмарення, що підтвердила эйнштейновское пророкування
відхилення променя світла Сонцем.
Звернемося до цього явища. Починаючи з 1919 р., під час ряду затьмарень астрономи продовжували перевіряти пророкування
Эйнштейна. Такі затьмарення спостерігалися в Австралії в 1922 р., на острові Суматра в 1929 р., на території СРСР в 1936 р.
і в Бразилії в 1947 р. Результати деяких спостережень, схоже, перебували згідно з эйнштейновской теорією, але
минулого й такі, які істотно з нею розходилися. І хоча експедиція 1919 р. на основі спостереження дюжини зірок
повідомила про 10%-й експериментальної погрішності у вимірі відхилення й про те, що спостереження погодяться з
пророкуваннями теорії Эйнштейна з такий же 10%-й точністю, недо-
77
торые наступні експедиції не змогли досягти цієї точності, незважаючи на те, що спостерігали багато більше зірок.
Правда, затьмарення 1919 р. було особливо зручним для таких спостережень. І все-таки я схильний уважати, що астрономи з
експедиції 1919 р. при аналізі своїх даних були охоплені надмірним ентузіазмом у відношенні ВІД.
Дійсно, багато вчених того часу скептично ставилися до даних, отриманим під час затьмарення 1919 р. В
доповіді Нобелівському комітету в 1921 р.72 Сванте Аррениус згадував численну критику оприлюднених
результатів по вимірі відхилення променів світла. Один раз у Єрусалимі я зустрів старого професора
Самбурского, що в 1919 р. був колегою Эйнштейна в Берліні. Він розповів мені, що астрономи й фізики в Берліні
досить сумнівалися в тім, що британським астрономам удалося насправді здійснити настільки акуратну перевірку
теорії Эйнштейна.
Я и в думках не можу допустити, що в ці спостереження укрався якийсь свідомий обман. Ви тільки представте
собі всі ті невизначеності, з якими ви зіштовхуєтеся, намагаючись виміряти відхилення променя світла Сонцем. Ви
спостерігаєте зірку, що перебуває на небі поруч із сонячним диском у той момент, коли Сонце затуляється Місяцем. Ви
повинні зрівняти положення зірки на двох фотопластинках, зроблених з інтервалом у шість місяців. Під час цих двох
спостережень телескоп може бути ледве по-різному сфальцьований. Самі фотопластинки можуть бути ледве передержані або
недотримані. І так далі. Як і в будь-якому іншому експерименті, необхідно враховувати всі мислимі виправлення. Астрономи
вносять ці виправлення, опираючись на наявні в них знання. Але коли знаєш відповідь, виникає природне бажання вносити
виправлення лише доти, поки не вийде «правильне» значення, а потім перестати шукати інші виправлення. Так,
астрономів з експедиції 1919 р. обвинувачували в припасуванні73 за те, що вони відкинули дані, отримані з однієї з
фотопластинок і расходившиеся з теорією Эйнштейна, і списали розбіжність на рахунок зміни фокуса телескопа. Заднім
числом можна, звичайно, сказати, що британські астрономи виявилися праві, але я не зачудувався б, якби довідався, що вони
продовжували шукати виправлення лише доти, поки їхній результат з урахуванням всіх виправлень не збігся з теорією Эйнштейна.
Уважається загальноприйнятим думка, що щирою перевіркою теорії є порівняння її пророкувань із результатами
експериментів. Однак, оглядаючись назад, можна затверджувати, що успішне пояснення Эйнштейном в 1915 р. раніше
обмірюваної аномалії орбіти Меркурія з'явилося значно більше істотним тестом загальної теорії відносності,
чим перевірка його обчислень відхилення світла в спостереженнях під час сонячних затьмарень 1919 р. і далі. Таким
образом, у випадку загальної теорії відносності наступне підтвердження, тобто обчислення вже відомого
аномального
[...]
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