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
висунув Эйнштейна за численні внески в науку, включаючи загальну теорію відносності. Ще ряд подібних
висувань пішов в 1918 р. Нарешті, в 1919 р., за чотири місяці до експедиції по вивченню затьмарення Сонця, Макс
Планк, один з батьків сучасної фізики, висунув Эйнштейна
83
за створення загальної теорії відносності, прокоментувавши це словами, що «Эйнштейн зробив перший крок за коло
теорії Ньютона».
Я зовсім не затверджую, що світове співтовариство фізиків було із самого початку повністю й беззастережно
переконано в справедливості ВІД. Наприклад, у доповіді Нобелівського комітету за 1919 р. пропонувалося почекати до
сонячного затьмарення 29 травня 1919 р., перш ніж ухвалювати рішення щодо приводу ВІД. Навіть після 1919 р., коли Эйнштейну
все-таки присудили Нобелівську премію, її дали йому не за створення спеціальної й загальної теорій відносності, а «за
його внесок у теоретичну фізику, зокрема за відкриття закону фотоелектричного ефекту».
Насправді не так вуж і важливо точно встановити момент, коли фізики на 75, на 90 або на 99 % переконалися в
істинності ВІД. Важливим для прогресу в науці є не рішення про те, що теорія вірна, а рішення, що до цієї теорії
варто віднести серйозно, тобто що вона заслуговує того, щоб розповідати її студентам, писати про неї підручники,
нарешті, використовувати у власних дослідженнях. Із цього погляду найважливішою перемогою, здобутої ВІД на
перших порах, було звернення до нової віри багатьох фізиків (не вважаючи самого Эйнштейна), у тому числі британських
астрономів. Вони переконалися не стільки в тім, що ВІД вірна, скільки в тім, що вона прийнятна й досить гарна для
того, щоб присвятити перевірці її пророкувань значну частину своїх досліджень і виїхати за тисячі миль від
Англії, щоб спостерігати сонячне затьмарення 1919 р. Але ще до завершення загальної теорії відносності й успішного
обчислення прецесії орбіти Меркурія краса эйнштейновской теорії настільки захопила Эрвина Фрейндлиха з
Королівської обсерваторії в Берліні, що він спорядив на гроші Круппа експедицію в Крим для спостереження сонячного
затьмарення 1914 р. (Війна перервала його спостереження, і за всі свої старання Фрейндлих був тимчасово затриманий у Росії.)
Сприйняття загальної теорії відносності залежало не від експериментальних даних, як таких, і не від внутрішніх
якостей, властиві теорії, а від складного переплетення теорії й експерименту. Я підкреслюю теоретичну сторону справи
на противагу наївній переоцінці експериментальних даних. Учені й історики науки вже давно відмовилися від старого
тези Френсиса Бэкона, що наукова гіпотеза повинна досліджуватися шляхом терплячого й безстороннього спостереження над
природою. Зовсім очевидно, що Эйнштейн не копався в астрономічних даних, створюючи ВІД. І все-таки широко
поширено точку зору Джона Стюарта Милля, що перевірити наші теорії можна тільки за допомогою спостережень.
Але, як ми бачили, у відношенні до ВІД эстетические судження й експериментальн дані були нерозривно зв'язані.
84
У певному змісті із самого початку була величезна кількість експериментальних даних у підтримку ВІД, а
саме спостереження траєкторій руху Землі навколо Сонця, Місяця навколо Землі, а також всі інші детальні
виміру в Сонячній системі, початі ще Тихо Бразі і його попередникам і вже пояснені ньютоновской
теорією. На перший погляд подібні свідчення можуть здатися дуже дивними. Адже ми не просто говоримо про
свідченнях на користь ВІД, що полягають у зроблених заднім числом обчисленнях планетних рухів, уже
обмірюваних на той час, коли була створена теорія. Ні, ми говоримо зараз про астрономічні спостереження, не
тільки зроблених до того, як Эйнштейн сформулював свою теорію, але вже пояснених іншою теорією, створеної
Ньютоном. Як же може бути, щоб успішне пророкування або пояснення заднім числом подібних спостережень могло
розцінюватися як тріумф саме загальної теорії відносності ?
Щоб це зрозуміти, нам потрібно повнимательнее придивитися до теорій Ньютона й Эйнштейна. Ньютоновская фізика
зуміла пояснити практично всі спостережувані рухи в Сонячній системі, однак зробила це ціною введення ряду
досить довільних припущень. Наприклад, розглянемо закон, що затверджує, що сила тяжіння, що діє з
сторони деякого тіла на інше тіло, убуває як квадрат відстані між ними. У теорії Ньютона немає нічого, що
примушувало б до вибору саме закону зворотних квадратів. Сам Ньютон запропонував цей закон, щоб пояснити
відомі факти, що стосуються Сонячної системи, наприклад закон Кеплера, що зв'язує розміри орбіт планет з
часом їхнього обігу навколо Сонця. Якщо ж не обертати уваги на дані спостережень, то в теорії Ньютона можна
замінити закон зворотних квадратів законом зворотних кубів або законом з показником ступеня 2,01 у знаменнику без
найменшого збитку для основ самої теорії80. Змінилися б лише дрібні деталі. Теорія Эйнштейна значно менш
довільна, вона дуже жорстко побудована. Якщо розглядати повільно, що рухаються тіла, у слабкому гравітаційному полі,
коли ми, властиво, і можемо говорити про звичайну силу тяжіння, то з рівнянь загальної теорії відносності
випливає, що сила зобов'язана зменшуватися за законом зворотних квадратів. Неможливо без насильства над основними
положеннями теорії так змінити ВІД, щоб одержати замість закону зворотних квадратів якусь іншу залежність
сили тяжіння від відстані.
Далі, як особливо підкреслював Эйнштейн у своїх роботах, той факт, що сила тяжіння, що діє на тіло малих
розмірів, пропорційна тільки масі цього тіла й не залежить ні від яких інших його властивостей, виглядає в теорії
Ньютона досить довільним. У рамках цієї теорії гравітаційна сила могла б залежати від раз-
85
меров, форми або хімічного складу тіла, і це не привело б до потрясіння основ. У теорії Эйнштейна сила
тяжіння, що діє на тіло, зобов'язана бути пропорційній масі тіла й не залежати від будь-яких інших його властивостей 1);
якби це було не так, сили тяжіння й сили інерції по-різному діяли б на різні тіла й було б неможливо
говорити про вільно падаючу систему відліку, у якій жодне тіло не випробовує дії сил тяжіння. Це, у свою
черга, не дозволило б інтерпретувати тяжіння як геометричний ефект кривизни час^-часові-часу-простору-часу. Ще раз
повторимо, що теорія Эйнштейна має значно більшу твердість, чим теорія Ньютона. Саме із цієї причини
Эйнштейн мав право думати, що саме йому вдалося пояснити звичайні рухи тіл у Сонячній системі так, як не
міг цього зробити Ньютон.
На жаль, дуже важко точно сформулювати поняття твердості фізичної теорії. І Ньютон, і Эйнштейн знали
загальні властивості руху планет до того, як вони сформулювали свої теорії; більше того, Эйнштейн знав, що він повинен
[...]
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