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
Сиэттла, і з більше ранніми даними по нейтринних реакціях. Звичайно, це не зупинило деяких теоретиків від
спроб побудувати досить неприродні теорії (таку діяльність у бостонских наукових колах називали половим
перекрученням), що відповідало найдавнішому закону прогресу в науці, відповідно до якого краще робити що-небудь,
чим нічого не робити.
Потім в 1978 р. у Стэнфорде був пророблений новий експеримент, у якому слабка сила між електроном і атомним
ядром вимірялася зовсім інакше, використовуючи не електрони в атомах вісмуту, а розсіювання пучка електронів більших
енергій, отриманих на Стэнфордском прискорювачі на ядрах дейтерію. (Вибір дейтерію як мішень був викликаний не
якимись особливими причинами, а просто тим, що це зручне джерело й протонів, і нейтронів.) Тепер уже
експериментатори виявили очікувану асиметрію між правим і лівим. У цьому досвіді асиметрія проявлялася в
різниці швидкості розсіювання електронів, що обертаються праворуч і ліворуч. (Ми говоримо, що частка, що рухається, обертається
праворуч або ліворуч, якщо стислі в кулака пальці на, відповідно, правої або на лівій руці показують напрямок
обертання, у той час як великий палець спрямований убік руху частки.) Обмірювана відносна різниця в
швидкостях розсіювання становила одну домський, що саме збігалося із пророкуванням теорії.
Раптово фізики, що займаються частками, в усьому світі прийшли до висновку, що первісна версія электрослабой
теорії, незважаючи ні на що, вірна. Але помітьте, що усе ще були два експериментальних результати, які
суперечили пророкуванням теорії щодо величини слабкої взаємодії нейтральних струмів між
електроном і ядром, і лише один експеримент, що підтверджував ці пророкування, правда в трохи іншому контексті.
Чому ж тоді, як тільки з'явився експеримент, що підтверджував электрослабую теорію, усе фізики погодилися з тим,
що теорія повинна бути вірна? Безумовно, одна із причин полягалася в тім, що ми всі були переконані, що не хочемо
мати справа з будь-якою неприродною версією первісної электрослабой теорії. Эстетический критерій природності
був використаний для того, щоб допомогти фізикам оцінити значимість суперечних один одному експериментальних
даних.
Експериментальна перевірка электрослабой теорії тривала. Експеримент у Стэнфорде не був повторений, але
кілька наукових груп фізиків-атомників зайнялися пошуком лево-правої асиметрії не тільки у вісмуту, але й в інших
атомів начебто таллия й цезію. (Ще до стэнфордского експерименту група фізиків
101
з Новосибірська повідомила про спостереження асиметрії, що очікувалася, у вісмуті, але, на жаль, мало хто звернув
увага на це повідомлення до появи результатів у Стэнфорде, почасти через не дуже високу репутацію на Заході
радянських фізиків відносно точності експериментів.) Були пророблені нові експерименти в Беркли й Парижу, фізики
Сиэттла й Оксфорда повторили свої досвіди94. Зараз існує повна згода між всіма експериментаторами, як і
між теоретиками, що що пророкується лево-права асиметрія дійсно має місце як в атомах, так і при
розсіюванні електронів більших енергій на Стэнфордском прискорювачі, причому величина ефекту відповідає очікуваної.
Але найбільш вражаючим тестом электрослабой теорії безумовно були досвіди групи в Церне, що очолювалася Карло
Руббиа. В 1983 р. вони відкрили частки W, а в 1984 р. - частки Z, т.e.те частки, існування й властивості яких були
правильно передвіщені электрослабой теорією в її первісній версії.
Оглядаючись назад на ці події, я випробовую деяке розчарування, що витратив стільки часу, намагаючись
змусити электрослабую теорію согласовываться з даними Оксфорда й Сиэттла. В 1977 р. треба було мені поїхати в
Иосемиту, як я й збирався; до речі, я так там і не побував дотепер. Вся ця історія добре ілюструє
напівжартівливе зауваження, приписуване Эддингтону: не слід вірити жодному експериментальному результату, поки
він не підтверджений теорією.
Я зовсім не хочу створювати в читачів враження, що експеримент і теорія завжди впливають один на одного саме так,
і що таким способом досягається прогрес у науці. Підкреслюючи важливість теорії, я хочу лише заперечити широко
розповсюдженій точці зору, що здається мені надмірно емпіричної. Насправді можна згадати історію
найважливіших експериментів у фізику й виявити, що їхня роль була дуже різної, точно так само, як дуже по-різному
взаємодіяли експеримент і теорія. Схоже, що будь-яке ваше висловлення про те, як можуть взаємодіяти
теорія й експеримент, виявиться правильним, а будь-яке твердження про те, як вони повинні взаємодіяти, буде, скоріше
усього, невірним.
Пошук сил, породжуваних нейтральними слабкими струмами, у Церне й Фермилабе є приклад певного типу
експериментів, здійснюваних з метою перевірки поки що не загальноприйнятих теоретичних ідей. Іноді такі
експерименти підтверджують, а іноді й спростовують ідеї теоретиків. Кілька років тому назад Фрэнк Вильчек і я
незалежно пророчили існування частки нового типу95. Ми погодилися назвати цю частку аксион, поняття не
маючи про те, що так само називається сорт прального порошку. Експериментатори стали шукати аксион і не знайшли, по
крайній мері з тими властивостями, які ми пророкували. Ідея або неправильна, чи-
102
бо має потребу в модифікації96. Один раз я одержав повідомлення від групи фізиків, тих, що зібралися на конференції в
Аспене, що говорило: «Ми його знайшли!», але це послання було прикріплено до коробки із пральним порошком.
Але бувають і експерименти, результати яких є для всіх повною несподіванкою, що не передбачав ні
один теоретик. До цієї категорії ставляться досвіди, у яких були виявлені рентгенівські промені, так звані
дивні частки, або, зрештою, спостереження аномальної прецесії орбіти Меркурія. Думаю, що саме ці
експерименти наповнюють радістю серця експериментаторів і журналістів.
Але також є й експерименти, що є для нас майже повною несподіванкою, - у них виявляються ефекти,
що обговорювалися як одна з можливостей, але тільки як логічна можливість, для реалізації якої немає
переконливих причин. Сюди ставляться експерименти, що виявили порушення так званої симетрії по відношенню
до обігу часу, і експерименти, що виявили деякі нові частки начебто b-кварка або схожого на дуже
важкий електрон тау-лептона.
Ще один цікавий клас експериментів - це досвіди, у яких виявляються ефекти, передвіщені
[...]
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