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
метафізичного мотлоху.
Позитивізм зіграв також важливу роль при зародженні сучасної квантової механіки. Видатна перша стаття
Гейзенберга 1925 р.134 починається зі спостереження, що «як добре відомо, формальні правила, використані [у роботі
Н. Бору в 1913 р.] для обчислення спостережуваних величин, таких як енергія атома водню, можуть бути піддані
серйозній критиці на тім підставі, що вони містять як основні елементи співвідношення між величинами,
які очевидно в принципі не спостережувані, наприклад положенням і швидкістю обігу електрона». У дусі
позитивізму Гейзенберг включив у свій варіант квантової механіки тільки спостережувані, наприклад швидкість, з якої
атом може спонтанно робити перехід з одного стану в інше, випускаючи або поглинаючи квант випромінювання.
Співвідношення невизначеностей, що є однієї з фундаментальних основ імовірнісної інтерпретації квантової
механіки, засновано на зробленому Гейзенбергом позитивістському аналізі обмежень, з якими ми зіштовхуємося,
намагаючись одночасно спостерігати положення частки і її імпульс.
Незважаючи на цінність позитивізму для Эйнштейна й Гейзенберга, він все-таки приніс стільки ж поганого, скільки
гарного. Проте, на противагу механістичному світогляду, позитивізм зберіг героїчну ауру,
так що він ще принесе багато неприємностей у майбутньому. Джордж Гейл навіть покладає саме на позитивізм
відповідальність за теперішнє відчуження між фізиками й філософами135.
139
Позитивізм став основою опозиції атомної теорії на початку ХХ в. В XIX в. були блискуче відроджені старі
ідеї Демокрита й Левкиппа про те, що вся речовина складається з атомів. Джон Дальтон, Амадео Авогадро і їхні послідовники
пояснили на основі атомної теорії правила хімії, властивості газів і природу теплоти. Атомна теорія стала частиною
загальноприйнятої мови фізики й хімії. Однак позитивісти на чолі з Махом розглядали це як відступ від
щирих процедур наукового дослідження, оскільки ніяка техніка, що тільки можна було в ті часи
уявити, не дозволяла спостерігати атоми безпосередньо. Позитивісти декларували, що вчені повинні
зосередитися на повідомленні результатів спостережень, наприклад, що при з'єднанні двох об'ємних частин водню з
одною об'ємною частиною кисню утвориться водяна пара, але не повинні забивати голів метафізичними
міркуваннями, начебто це відбувається тому, що молекула води складається із двох атомів водню й одного атома
кисню, тому що ніхто не може спостерігати ці атоми або молекули. Сам Мах так ніколи й не упокорився з
існуванням атомів. Уже в 1910 р., коли атомізм був прийнятий практично всіма, Мах, у полеміці із Планком, писав,
що «якщо віра в реальність атомів є настільки критичної, тоді я відмовляюся від фізичного способу мислення. В
цьому випадку я не можу залишатися фізиком-професіоналом і відмовляюся від своєї наукової репутації»136.
Опір атомізму мало особливо сумні наслідки у випадку із затримкою визнання статистичної
механіки, редукционистской теорії, у якій теплота інтерпретується за допомогою статистичного розподілу
енергій частин будь-якої системи. Розвиток цієї теорії в працях Максвелла, Больцмана, Гиббса й ін. було одним із тріумфів
науки XIX в., так що заперечуючи її, позитивісти зробили саму гіршу з можливих помилок, яку тільки може
зробити вчений: не помітити успіху, коли він трапляється.
Позитивізм заподіяв неприємності й у менш відомих випадках. Знаменитий досвід, поставлений Дж.Дж. Томсоном,
уважається більшістю людей досвідом по відкриттю електрона. (Томсон був спадкоємцем Максвелла й Рэлея в якості
Кавендишевского професори в Кембриджському університеті.) Протягом ряду років фізики були здивовані таємничими
явищем катодних променів, які випускаються, коли металева пластинка, поміщена в откачанную скляну
трубку, підключається до негативного полюса потужної електричної батареї. Ці промені проявляються у вигляді світного
плями, що залишається на протилежній стороні трубки. Кінескопи - екрани сучасних телевізорів - представляють
собою не що інше, як катодні трубки, у яких інтенсивність катодних променів управляється сигналами, що посилаються з
телевізійних станцій. Коли в XIX в. катодні промені були вперше виявлені, ніхто не знав,
140
що вони собою представляють. Потім Томсон виміряв, як відхиляються катодні промені електричним і магнітним
полями, проходячи усередині трубки. Виявилося, що величина відхилення траєкторії цих променів від прямолінійної погодиться
с гіпотезою, що промені складаються із часток, що переносять певну величину електричного заряду, що мають
певну масу й зовсім однакове відношення величини маси до величини заряду. Оскільки маса часток
виявилася набагато менше маси атомів, Томсон дійшов висновку, що ці частки є фундаментальними
складовими частинами атомів і носіями електричного заряду у всіх електричних струмах, будь те в атомах, катодних
трубках або провідниках. За це відкриття Томсон оголосив себе, а потім те ж повсюдно зробили й історики,
відкривачем нової форми матерії, частки, для якої він вибрав ім'я, що вже було в ході в теорії електролізу, а
саме електрон.
Однак точно такий же досвід був зроблений приблизно в той же час у Берліні Вальтером Кауфманном. Головна відмінність
експерименту Кауфманна від експерименту Томсона полягало в тім, що в Кауфманна він був краще. Як ми сьогодні
знаємо, результат для відношення заряду електрона до його маси був у Кауфманна більше точним, чим у Томсона. Але, тим не
менш, Кауфманн ніколи не згадується як відкривач електрона, тому що він не думав, що відкрив нову частку.
Томсон працював у рамках англійських традицій, що сходять до Ньютона, Дальтону й Прауту, де були прийняті міркування
про атоми і їхні складові частини. Кауфманн же був позитивістом137; він не вірив у те, що заняттям фізиків можуть бути
міркування про речі, які вони не можуть спостерігати. Тому Кауфманн не повідомив про відкриття нового сорту часток, а
повідомив, що щось, чим би воно не було, пролітаючи усередині катодної трубки, проносить певне відношення заряду до
масі.
Мораль цієї історії не тільки в тім, що захоплення позитивізмом зіпсувало кар'єру Кауфманна. Томсон, що захоплюється
вірою в те, що він відкрив фундаментальну частку, продовжував працювати й поставив кілька інших експериментів для
визначення властивостей цієї частки. Він виявив свідчення того, що частки з тим же відношенням заряду до маси
випускаються при радіоактивному розпаді, і провів перші виміри заряду електрона. Разом з попереднім виміром
відносини заряду до маси, цей вимір дозволило встановити масу електрона. Саме сукупність всіх цих
[...]
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