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
експериментів і надає право називати Томсона відкривачем електрона, але він, імовірно, ніколи не став би їх робити, якщо
би не відніс всерйоз до ідеї про частку, що у той час неможливо було безпосередньо спостерігати.
У ретроспективі позитивізм Кауфманна й інших опонентів атомізму здається не що тільки тормозили розвиток, але й
наївним. Що, зрештою, означає, що ми щось спостерігаємо? Строго го-
141
воря, Кауфманн навіть не спостерігав відхилення катодних променів у даному магнітному полі; він усього лише вимірював
зміна положення світної плями на протилежній стороні вакуумної трубки, викликаного тим, що навколо шматка
заліза, піднесеного до трубки, була кілька разів обмотана дріт, підключений до електричної батареї, а потім
використовував прийняту теорію для інтерпретації побаченого в термінах траєкторії променя й магнітних полів. Якщо бути
зовсім точним, він не робив і цього; насправді, він використовував певні зорові й тактильні відчуття,
які потім інтерпретував як світні плями, дріт і батарею. Уже давно серед істориків науки стало
загальноприйнятим, що ніяке спостереження не може бути вільним від теорії138.
Уважається, що остаточна капітуляція антиатомізму відбулася в 1908 р. після заяви хіміка Вільгельма
Оствальда в черговому виданні його «Нарисів загальної хімії»: «Тепер я переконаний, що недавно ми одержали
експериментальні свідчення дискретної або зернистої структури речовини, які марне шукали прихильники
атомної гіпотези протягом сотень і тисяч років». Ті експериментальні свідчення, які мав на увазі Оствальд,
полягали у вимірах молекулярного внеску в так званому броуновском русі крихітних часток, зважених в
рідини, а також у вимірі Томсоном заряду електрона. Якщо тепер усвідомити, наскільки перевантажені теорією всі
експериментальні дані, то стає очевидним, що ще в XIX в. всі успіхи атомної теорії в хімії й
статистичній механіці підтверджували спостереження атомів.
Гейзенберг відзначав, що сам Эйнштейн переглянув своє відношення до позитивізму, відчутному в початкової
формулюванню теорії відносності. У прочитаній в 1974 р. лекції Гейзенберг згадує бесіду з Эйнштейном в
Берлині на початку 1926 р.:
«Я помітив Эйнштейну, що ми насправді не можемо спостерігати таку траєкторію [електрона в атомі]; реально ми
спостерігаємо лише частоти світла, випущеного атомом, інтенсивності й імовірності переходів, а не самі траєкторії.
Оскільки здається раціональним уводити в теорію тільки такі величини, які можуть бути безпосередньо
виявлено, поняття траєкторій електрона не повинне фігурувати в теорії. До мого здивування, цей аргумент
зовсім не переконав Эйнштейна. Він думав, що всяка теорія містить насправді неспостережувані величини.
Принцип використання тільки спостережуваних величин просто неможливо несуперечливо дотримати. І коли я заперечив
на це, що я просто використовую ту ж філософію, що й він при формулюванні основ спеціальної теорії відносності,
Эйнштейн відповів на це: „может бути, раніше я й користувався цією філософією, і навіть писав так, але однаково це
дурість"»139.
Ще раніше, у паризькій лекції 1922 р., Эйнштейн відгукнувся про Мах як про «гарного механіка», але «жалюгідному
філософі»140.
142
Незважаючи на перемогу атомізму й зречення Эйнштейна тема позитивізму час від часу спливає у фізику ХХ в.
Позитивістська зосередженість на спостережуваних типу координат і імпульсів часток стояла на шляху «реалістичної»
інтерпретації квантової механіки, у якій хвильова функція представляє фізичну реальність. Позитивізм також
вніс лепту в заплутування проблеми бесконечностей. Як ми бачили, Оппенгеймер в 1930 р. помітив, що теорія фотонів і
електронів, відома як квантова електродинаміка, приводить до абсурдного результату, що випущення або поглинання
фотонів електронами в атомі надає йому нескінченну енергію. Проблема бесконечностей турбувала теоретиків в 30-е й
40-е рр., і в результаті було висловлено загальне припущення, що квантова електродинаміка просто стає
непридатної для електронів і фотонів дуже більших енергій. Значна частка цього страху перед квантової
електродинамікою була пов'язана з позитивістським відчуттям провини: деякі теоретики боялися, що говорячи про значення
електричного й магнітного полів у тій крапці простору, де перебуває електрон, вони роблять гріх, уводячи у фізику
принципово неспостережувані елементи. Це було вірно, але тільки гальмувало відкриття реального рішення проблеми
бесконечностей, що полягає в тім, що вони скорочуються, якщо подбати про акуратне визначення маси й заряду
електрона.
Позитивізм зіграв також ключову роль у боротьбі проти квантової теорії поля, що вів в 1960 р. у Беркли
Джеффри Чу. Для Чу головним об'єктом у фізику була S-Матриця, таблиця, у клітках якої коштують імовірності всіх
можливих результатів для всіх можливих процесів зіткнення часток. S-Матриця містить у собі все, що можна
реально спостерігати, вивчаючи реакції з будь-яким числом часток. Теорія S-Матриці сходить до робіт Гейзенберга й Джона
Уилера в 30-х і 40-х рр. (S походить від першої букви німецького слова Streuung, тобто розсіювання), але Чу і його співробітники
використовували нові ідеї щодо того, як обчислювати S-Матрицю без введення яких би те не було неспостережуваних
елементів начебто квантових полів. Зрештою ця програма провалилася141, почасти тому, що просто виявилося
занадто складно обчислювати S-Матрицю таким способом. Але насамперед провал був обумовлений тим, що шлях прогресу в
розумінні слабких і сильних ядерних сил виявився пов'язаним з тими самими квантовими теоріями полів, які Чу
намагався відкинути.
Однак саме драматичне заперечення принципів позитивізму пов'язане з розвитком сучасної теорії кварків. В
початку 60-х рр. Мюррей Гелл-Манн і Джордж Цвейг незалежно спробували спростити неймовірно складний зоопарк
часток, відомих на той час. Вони припустили, що майже всі ці частки складаються з декількох простих (і ще
більше елементарних) часток, які Гелл-Манн назвав кварками. Спочатку ця ідея здавалася зовсім не виходячи-
143
щей за рамки звичайного для фізиків способу мислення - зрештою, це був ще один крок по шляху, зазначеному ще
Левкиппом і Демокритом і полягає в тім, щоб пояснювати складні структури за допомогою більше простих
менших по розмірі тридцятилітніх. Картина кварків була застосована в 60-е рр. до величезної кількості фізичних завдань,
[...]
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