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
пов'язаних із протонами, нейтронами, мезонами й іншими частками, що приблизно складаються із кварків, і у всіх
випадках привела до гарних результатів. Однак всі спроби експериментаторів в 60-е й початку 70-х рр. витягтися кварки
з тих часток, у яких вони приблизно втримуються, повністю провалилися. Це виглядало ненормально. Ще з
тих пор, як Томсон вирвав електрони з атомів у катодно-променевій трубці, завжди вдавалося розбити будь-якуу тридцятилітній
систему начебто молекули, атома або ядра на окремі частки, з яких вона складається. Чому ж було неможливо
виділити вільні кварки?
Картина кварків знайшла зміст із розвитком на початку 70-х рр. квантової хромодинамики, сучасної теорії сильних
ядерних сил, у рамках якої заборонений будь-який процес, у якому може бути виділений вільний кварк. Прорив
відбувся в 1973 р., після того, як незалежні обчислення Дэвида Гросса й Фрэнка Вильчека із Принстона й Дэвида
Политцера з Гарварда показали, що квантові теорії певного типу142 мають дивну властивість
«асимптотической волі»: всі сили, що діють між частками, зменшуються з ростом енергії!143. Саме таке
зменшення сил і спостерігалося ще в 1967 р. у досвідах по розсіюванню часток при високих енергіях144, але в 1973 р. уперше
було показано, що можуть існувати теорії, у яких сили поводяться подібним чином. Цей успіх швидко привів до
тому, що одна з таких квантових теорій поля - теорія кварків і глюонов, що одержала назву квантової
хромодинамики, була визнана правильною теорією сильних взаємодій.
Спочатку вважалося, що в процесах зіткнення елементарних часток не можна спостерігати глюоны, тому що вони дуже
важкі, і попросту не вистачає енергії для народження часток настільки великої маси. Незабаром після відкриття явища
асимптотической волі деякі теоретики припустили145, що глюоны навпаки взагалі не мають маси, як
фотони. Якщо це так, то факт неспостереження глюонов і кварків у вільному стані можна пояснити тим, що обмін
безмасовими глюонами між кварками й самими глюонами породжує дальнодействующие сили, що не дозволяють в
принципі відірвати кварки або глюоны друг від друга. Зараз прийнято вважати146, що якщо ви спробуєте розбити на
складові частини, наприклад, мезон (частку, що складається із кварка й антикварка), те требующаяся для цього сила зростає
при видаленні кварка й антикварка усе далі друг від друга, доти поки зрештою вам
144
не буде потрібно затрачати на це роз'єднання така кількість енергії, якого буде досить для народження
нової кварк-антикварковой пари. У результаті народжений з вакууму антикварк приєднується до первісного
кварку, а кварк із вакууму - до антикварка, так що замість вільних кварка й антикварка ви одержуєте два кварки-
антикварковых пари, тобто знову два мезони. Часто використовується такий образ: поділ кварків нагадує спробу
розділити два кінці шматка пружної струни. Ви тягнете, тягнете струну, так що зрештою, коли прикладене вами
зусилля стане достатнім, струна рветься, але при цьому ви однаково не одержуєте два ізольованих кінці струни, а
одержуєте дві струни поменше із двома кінцями в кожної. Гіпотеза, що кварки й глюоны ніколи не можна в принципі
спостерігати изолированно друг від друга, стала частиною загальноприйнятої системи поглядів у сучасній фізиці елементарних
часток147, і проте це анітрошки не заважає нам описувати протони, нейтрони й мезони состоящими із кварків. Мені
важко представити що-небудь, що викликало б більшу відразу в Эрнста Маху.
Теорія кварків була лише одним щаблем у безперервному процесі переформулювання фізичної теорії за допомогою
понять, усе більше фундаментальних і, одночасно, усе більше далеких від повсякденного досвіду. Як же можна
розраховувати створити теорію, засновану тільки на спостережуваних величинах, якщо жодне зі звичних нам понять,
можливо, що навіть такі поняття, як простір і час, не входять до числа фундаментальних понять наших теорій?
Мені здається зовсім неймовірним, що позитивістський підхід може бути корисним у майбутньому.
Метафізика й эпистемология принаймні намагалися відігравати конструктивну роль у науці. Не дуже давно наука
піддалася атаці з боку недружніх коментаторів, що об'єдналися під прапором релятивізму. Філософи-
релятивісти заперечують прагнення науки до відкриття об'єктивної істини148; вони розглядають неї всього лише як ще
одне соціальне явище, не більше фундаментальне, чим культ родючості або шаманство.
Філософський релятивізм частково йде коріннями в зроблене філософами й істориками науки відкриття, що в
процесі визнання наукових ідей дуже багато суб'єктивізму. Ми вже обговорювали ту роль, що грають эстетические
судження у визнанні або запереченні нових фізичних теорій. Для вчених все це давно відомо (хоча філософи й
історики науки пишуть іноді так, начебто ми чуємо про це в перший раз). У знаменитій книзі «Структура наукових
революцій»149 Томас Кун зробив наступний крок і спробував довести, що під час наукових революцій ті поняття (або
парадигми), за допомогою яких учені оцінюють теорії, самі міняються, так що нові теорії просто не можна судити по
дореволюційним стандартам. Багато чого в книзі Куна повністю відповідає
145
моєму власному досвіду в науці. Але в останній главі Кун завзято атакував ту точку зору, що розвиток науки
наближає нас до об'єктивної істини: «Ми можемо, точніше кажучи, повинні відмовитися від подання, явного або
неявного, що зміни парадигми наближають учених і їхніх послідовників всі ближче й ближче до істини». Пізніше книга
Куна, здається, стала читатися (або, принаймні, цитуватися) як маніфест загальної атаки на передбачувану
об'єктивність наукового знання.
Крім того, починаючи з роботи Роберта Мертона, в 30-е рр. підсилилася тенденція з боку антропологів і соціологів
розглядати заняття наукою (або, принаймні, наукою, відмінної від соціології й антропології) тими ж методами,
які використовуються для дослідження інших соціальних явищ. Звичайно, наука є соціальним явищем, з
своєю системою цінностей, снобістськими замашками, цікавими методами спільної діяльності й підпорядкування. Так,
Шарон Тревик провела роки в суспільстві експериментаторів, що займалися фізикою елементарних часток, у Стэнфордском
ускорительном центрі й лабораторії КЕК у Японії й описала те, що вона бачила, з погляду антрополога. Ця галузь
великої науки є природним полем для вивчення антропологами й соціологами, тому що вчені, з одного боку,
дотримуються древньої традиції, що заохочує особисту ініціативу, і, з іншого боку, змушені при проведенні
сучасних експериментів працювати разом у командах, що нараховує сотні людин. Як теоретикові мені не доводилося
працювати в подібних групах, але багато інших спостережень Тревик, містять, по-моєму, багато вірного, наприклад:
[...]
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