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
78
руху Меркурія, виявилося насправді більше важливою перевіркою теорії, чим пророкування нового ефекту
відхилення променя світла гравітаційними полями74.
Я думаю, що всі так підкреслюють важливість пророкування при перевірці наукових теорій, тому що стандартна крапка
зору наукових коментаторів полягає в тім, щоб не довіряти теоретикам. Усі бояться, що теоретик може підігнати
свою теорію так, що вона буде пояснювати будь-які відомі експериментальні факти. Таким чином, те, що теорія
пояснює ці факти, не вважається переконливим тестом самої теорії.
Однак, незважаючи на те, що Эйнштейн ще в 1907 р. вивчив питання про аномальну прецесію орбіти Меркурія, ніхто з
тих, хто хоч небагато знає, як будувалася загальна теорія відносності, хто намагався вникнути в логіку Эйнштейна, не
може припустити, що він займався створенням загальної теорії відносності для того, щоб пояснити цю прецесію.
(Я повернуся через хвилину до ходу думок Эйнштейна.) Часто варто не довіряти саме успішному пророкуванню. Правда,
що у випадку справжнього пророкування, начебто эйнштейновского пророкування відхилення променів світла Сонцем, теоретик не
знає ніяких експериментальних даних, будуючи свою теорію. Але з іншого боку, експериментатор знає теоретичний
результат до того, як він починає експеримент. А це може привести, і, як показує історія науки, приводило до
перекручуванням через надмірну довіру до обчислень, зробленим заднім числом. Я повторюю: експериментатори не
фальсифікують свої дані. Наскільки мені відомо, в історії фізики не було случаючи, щоб якісь важливі дані
свідомо спотворювалися. Але якщо експериментатори знають той результат, що вони теоретично очікують одержати, то
їм, природно, дуже важко припинити пошуки помилок спостереження, якщо цей результат не виходить, або, навпаки,
продовжувати такі пошуки, якщо виявлено збіг із пророкуванням. Те, що експериментатори все-таки не завжди
одержують ті результати, які очікують, свідчить про силу їхнього характеру.
Підведемо попередні підсумки. Ми бачили, що перші експериментальні свідчення на користь загальної теорії
відносності75 зводилися до єдиного успішного обчислення заднім числом аномалії в русі Меркурія,
яке не було сприйнято досить серйозно, і пророкуванню нового ефекту відхилення променя світла Сонцем,
гадане успішне підтвердження якого викликало багато шуму, однак насправді було аж ніяк не таким
переконливим, як у той час уважалося. Принаймні кілька вчених зустріли його зі скептицизмом. Тільки після
Другої світової війни, завдяки розвитку нової радарної техніки й радіоастрономії, удалося істотно
просунутися в збільшенні точності цих експериментальних тестів загальної теорії відносності76.
79
Сьогодні можна затверджувати, що пророкування загальної теорії відносності для відхилення (і одночасно затримки)
променя світла, що проходить поруч із Сонцем, для аномалій орбітального руху як Меркурія, так і астероїда Икар і
інших природних і штучних тіл, підтверджені з експериментальною невизначеністю менш 1 %. Але в 1920-е
гг. до цього було ще далеко.
Проте, незважаючи на слабість експериментальної підтримки, теорія Эйнштейна ще в 1920-е рр. увійшла в
стандартні підручники й з тих пор не здавала свої позиції, незважаючи на те, що різні експедиції за спостереженням за
сонячними затьмареннями в 1920-1930 р. повідомляли, щонайменше, про сумнівну згоду з теорією. Пам'ятаю, що,
коли в 1950-х рр., ще до появи нових вражаючих підтверджень теорії, отриманих за допомогою сучасних
радарів і радіоастрономії, я вивчав загальну теорію відносності, я приймав як дане, що ця теорія більше або
менш вірна. Можливо, ми всі були тоді довірливі й легковажні, але думаю, що пояснення не в цьому. Я впевнений, що
широке визнання ВІД було зв'язано головним чином із привабливістю самої теорії, простіше говорячи з її красою.
Розвиваючи загальну теорію відносності, Эйнштейн випливав лінії міркувань, що могли простежити й фізики
наступних поколінь, що бажали розібратися в цій теорії. Більше того, у цих міркуваннях вони побачили б ті ж
притягальні риси, які у свій час привернули увагу Эйнштейна. Історію можна простежити назад до 1905 р.,
annus mirabilis Эйнштейна. Цього року, одночасно з розвитком квантової теорії світла й теорії руху малих часток
у рідинах77, Эйнштейн розвив новий погляд на простір і час, відомий нам зараз за назвою спеціальної
теорії відносності. Ця теорія перебувала згідно із загальноприйнятою теорією електрики й магнетизму -
електродинамікою Максвелла. Спостерігач, що рухається з постійною швидкістю, спостерігав би, що просторово-
тимчасові інтервали й електромагнітні поля змінюються за рахунок швидкості руху спостерігача таким чином, що
рівняння Максвелла залишаються справедливими (що й не дивно, тому що спеціальна теорія відносності
будувалася саме так, щоб задовольнити цій вимозі). Однак спеціальна теорія відносності була
зовсім несумісна з ньютоновской теорією тяжіння. З одного боку, у теорії Ньютона сила тяжіння між
Сонцем і планетою залежить від відстані між положеннями цих тіл, обмірюваними в той самий момент часу, а
з іншого боку, у спеціальній теорії відносності немає поняття абсолютної одночасності - різні
спостерігачі, залежно від того, як вони рухаються, будуть спостерігати те саме подію происходящим раніше,
одновременно або пізніше іншого.
80
Було кілька способів так змінити теорію Ньютона, щоб привести її в згоду зі спеціальною теорією
відносності. Сам Эйнштейн испробовал принаймні один з них, перш ніж створив загальну теорію
відносності78. Ключовою ідеєю, з якої почався в 1907 р. шлях до ВІД, стала знайома й перевірена властивість
тяжіння: сила тяжіння пропорційна масі того тіла, на яке вона діє. Эйнштейн зрозумів, що це нагадує
властивості так званих сил інерції, які діють на нас тоді, коли ми рухаємося зі змінною швидкістю або
міняємо напрямок руху. Саме сила інерції притискає пасажирів до спинок крісел під час розбігу літака.
Іншим прикладом сили інерції є відцентрова сила, що не дає Землі впасти на Сонце. Всі сили інерції, як і
сили тяжіння, пропорційні масам тих тіл, на які вони діють. Ми на Землі не відчуваємо ні гравітаційного
поля Сонця, ні відцентрової сили, викликаної рухом Землі навколо Сонця, тому що ці дві сили врівноважують
один одного. Однак баланс порушився б, якби одна сила була пропорційна масі об'єкта, на який вона
діє, а інша - немає. У цьому випадку деякі тіла могли б падати із Землі на Сонце, а інші, навпаки,
[...]
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