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
доктрин затягалося на занадто довгий час, приносячись зрештою тим більше проблем, чим довше ці доктрини
залишалися у вживанні. Розглянемо, наприклад, поважну доктрину механіцизму, тобто ідею, що явища природи
зводяться до зіткнень і тиску матеріальних часток або рідин. У стародавності важко було придумати що-небудь
більше прогресивне. З того самого часу, як досократики Демокрит і Левкипп почали міркувати про атоми, ідея, що
явища природи мають механічну причину, протистояла популярним віруванням у богів і демонів. Эпикур,
основоположник еллінізму, спеціально ввів у свою систему поглядів механістичний світогляд як протиотрута
проти віри в богів-олімпійців. Коли в 1630-е рр. Рене Декарт спробував здійснити велику спробу пояснити мир в
рамках раціональних понять, він, природно, повинен був описувати фізичні сили начебто тяжіння механістично, з
допомогою вихрів у матеріальній субстанції, що заповнює весь простір. «Механістична філософія» Декарта
вплинула на Ньютона, і не тому, що вона була правильна (Декарту, очевидно, не спадала на думку
настільки зрозуміла в наші дні ідея про кількісну перевірку теорій), а тому, що давала приклад механічної теорії,
яка може мати сенс сама
134
по собі, поза залежністю від згоди із природними явищами. Механіцизм досяг піка свого розвитку в XIX в. після
блискучих пояснень хімічних і теплових явищ за допомогою гіпотези про атоми. Навіть у наші дні многим
здається, що механіцизм є просто логічна протилежність забобонам. В історії людської думки
механістичний світогляд зіграло безсумнівно героїчну роль.
Але в цьому саме й складається проблема. У науці, як у політику або економіці, більшу небезпеку представляють ідеї,
пережившие епоху своєї корисності. Героїчне минуле механіцизму так підняло його престиж, що послідовникам
Декарта було дуже важко прийняти ньютоновскую теорію Сонячної системи. Як міг чималий картезианец,
уверовавший у те, що всі явища природи можуть бути зведені до безпосереднього впливу матеріальних тіл або
рідин один на одного, прийняти точку зору Ньютона, відповідно до якої Сонце діє на Землю з певної
силоміць крізь 150 000 000 кілометрів порожнього простору? Тільки в XVIII в. європейські філософи почали звикатися з
ідеєю дії на відстані. Зрештою, починаючи з 1720 р., ньютоновские ідеї взяли гору в європейських країнах,
спочатку в Англії, а потім у Голландії, Італії, Франції й Німеччині131 (саме в такому порядку). Почасти це відбулося в
результаті впливу таких філософів, як Вольтер і Кант. Але й тут ми бачимо, що роль філософії була негативною: вона
допомогла звільнити науку від пута самої філософії.
Навіть після тріумфу ньютонианства механістична традиція продовжувала плодоносити у фізику. Теорії
електричного й магнітного полів, розроблені в XIX в. Майклом Фарадеєм і Джеймсом Клерком Максвеллом, були
обрамлені в механістичну форму й викладені за допомогою поняття про напруги у всепроницающей фізичної
середовищу, часто називаної ефіром. Фізики XIX в. поводилися зовсім не нерозумно - щоб просуватися вперед, будь-який фізик
має потребу в якімсь якісному світогляді, а механістичний світогляд здавався в ті роки нічим не гірше
інших поглядів. На жаль, цей світогляд протримався занадто довго.
Остаточний поворот від механіцизму в електромагнітній теорії відбувся в 1905 р., після того як эйнштейновская
спеціальна теорія відносності відкинула ефір і замінила його порожнім простором - середовищем, що переносить
імпульси електромагнітних хвиль. Але навіть тоді механістичний погляд на мир задовольняв над фізиками старшого покоління.
Крім того, механіцизм поширився за межі науки й прижився там, принеся пізніше багато неприємностей
ученим. В XIX в. героїчна традиція механіцизму була, на жаль, включена в систему діалектичного
матеріалізму Маркса й Энгельса і їхніх послідовників. Ленін, перебуваючи в еміграції, написав
135
в 1908 р. пихату книгу про матеріалізм, і хоча для нього ця книга була головним чином засобом боротьби з
іншими революціонерами, цитати з її стали священним писанням для його послідовників, так що якийсь час
діалектичний матеріалізм стояв на шляху визнання загальної теорії відносності в Радянському Союзі. Ще в 1961 р.
видатний російський фізик Володимир Фок змушений був захищати себе від нападок філософів-ортодоксів. Передмова до
його монографії «Теорія простору, часу й тяжіння» містить примітне висловлення: «Філософська
сторона наших поглядів на теорію простору, часу й тяжіння сформувалася під впливом філософії
діалектичного матеріалізму, зокрема під впливом праці Леніна „материализм і емпіріокритицизм"».
Але в історії науки не буває всі так просто. Хоча після праць Эйнштейна в серйозних дослідженнях з фізики й не
залишилося місця наївному механістичному світогляду, деякі його елементи все-таки збереглися у фізику першої
половини ХХ в. З одного боку, були виявлені матеріальні частки - електрони, протони, нейтрони, -
утворюючу звичайну речовину. З іншого боку, були відомі поля - електричне, магнітне й гравітаційне,
які породжувалися частками й робили на них силовий вплив. В 1929 р. фізики стали відмінюватися до
об'єднуючій точці зору. Вернер Гейзенберг і Вольфганг Паули встановили, що частки й сили є прояву більше
глибокого рівня реальності, а саме рівня квантових полів. Декількома роками раніше квантова механіка була
застосована для опису електричних і магнітних нулів і підтвердила гіпотезу Эйнштейна про частки світла - фотонах.
Гейзенберг і Паули припустили, що не тільки фотони, але всі частки є згустками енергії різних полів. В
рамках цієї квантової теорії поля електрони є згустки енергії електронного поля, нейтрино є згустки енергії
нейтринного поля й т.д.
Незважаючи на такий разючий висновок, все-таки більша частина робіт із взаємодії фотонів і електронів в 30-е й
40-е рр. робилася в рамках старої дуалистичной квантової електродинаміки, де фотони розглядалися як згустки
енергії електромагнітного поля, а електрони - просто як частки речовини. Якщо обмежитися тільки фотонами й
електронами, те квантова теорія поля приводить до тих же результатам, що й квантова електродинаміка. Але до тому
часу, як я став в 50-е рр. старшокурсником, квантова теорія поля була практично скрізь визнана як правильна
основа фундаментальної фізики. У тих рецептах пристрою миру, які прописували фізики, список інгредієнтів уже
включав не частки, як раніше, а лише кілька сортів полів.
Мораль цієї історії в тім, що нерозумно думати, начебто можна передбачати навіть ті поняття, у рамках яких буде
сформульовано майбутню квантову теорію поля. Ричард Фейнман помітив один раз,
[...]
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