Фундаментальная физика что это

Стремление понять

Опубликовано: журнал Top-Manager, декабрь 2005

Текст: Мария Евневич

Чем сейчас занимается фундаментальная физика и математика?

Как развивалась фундаментальная естественная наука в последние полтораста лет?

Описание кварков, электронов и их действия основано на принципах релятивистской теории и квантовой физики.

Нильс Бор достаточно простым способом в 1913 году объяснил теорию атома водорода и таблицу Менделеева. А по-настоящему последовательная квантовая теория была создана в 1925 году Гейзенбергом и Шредингером.

Релятивистская физика, которую часто называют «частной теорией относительности», также связана с именем Эйнштейна. Но большой вклад в ее создание внес и знаменитый математик Пуанкаре.

Составная теория ядра возникла потому, что заряд ядра меньше его атомного веса. Так что кроме протонов, в нем должно быть что-то еще. Так пришли к предположению о нейтроне, которое затем экспериментально было проверено.

Людвиг Дмитриевич Фаддеев

Академик РАН, член президиумов РАН и Санкт-Петербургского научного центра РАН, академик-секретарь отделения математики РАН и директор Международного математического института им. Эйлера, иностранный член национальных академий наук Польши, США, Швеции, Франции, Финляндии и Бразилии, член Европейской академии, иностранный почетный член Американской академии искусств и наук, почетный член Финской академии наук и литературы.

Награжден орденами Трудового Красного Знамени, Ленина, Дружбы,« За заслуги перед Отечеством» IV и III степени, Государственной премией СССР, золотой медалью РАН им. Эйлера, премией им. Померанчука Института теоретической и экспериментальной физики, Демидовской премией, Государственной премией РФ. Получил премию им. Хайнемана Американского физического общества (1974), премию им. Карпинского фонда Топфера в Гамбурге, медаль им. Макса Планка Германского физического общества, медаль им. Дирака Международного института теоретической физики в Триесте (1991).

Выдающийся российский математик, один из создателей современной квантовой математической физики с приложениями в ядерной физике и теории элементарных частиц. Его ученики работают в крупнейших институтах и университетах мира. Его именем назван математический аппарат для квантовой теории рассеяния.

То есть обнаружить кварки невозможно, их можно только предположить?

Поля Янга- Миллса тоже сначала были введены чисто теоретически. Но теперь следствие, вытекающее из их теории, подтверждено экспериментом. Эти поля тоже не проявляют себя в явном виде.

Когда меня выдвигали на одну из государственных премий за правильное математическое описание полей Янга-Миллса, один известный академик сказал: «Да кто видел эти поля?!» И премию мне не дали. А теперь мы понимаем, что без полей Янга-Миллса ядерные взаимодействия не описать. И за приложения полей Янга-Миллса в теории элементарных частиц дано уже три Нобелевских премии.

Как сопоставляются фундаментальная физика и ее практические применения? Что из привычной нам техники от каких фундаментальных открытий произошло?

Самое грандиозное практическое приложение дало открытие законов электричества Фарадеем и Максвеллом. Это и электрическое освещение, и трамваи, и радио, и рентгеновские лучи.

Насколько далеко физика элементарных частиц ушла в своих исследованиях от физики конденсированного состояния?

Физика конденсированного состояния, также как и химия, основана на релятивистской квантовой механике.

А теория элементарных частиц объединяет и квантовые, и релятивистские принципы. И поскольку речь идет об очень маленьких размерах и очень больших скоростях, приложение этого всего в нашей жизни неочевидно. А зато для математики здесь полное раздолье.

Что дает нам дальнейшее развитие физики элементарных частиц?

Пока неизвестно. Еще не было этого фундаментального скачка в технологиях, сопоставимого с открытием электричества или переходом от радиоламп к полупроводникам.

Я не склонен к фантазиям, мне трудно предположить. Мы работаем не потому, что думаем, как это будет применяться. Нами движет стремление понять, что нас окружает. И история показывает, что новые знания всегда приводят к новым технологиям.

При этом приложения могут возникать в самых неожиданных направлениях. Например, в химии, для того чтобы фильтровать некоторые чистые вещества, нужны мембраны с очень маленькими «дырочками». Сделать их настолько сложно, что почти невозможно. И в Дубне, в Международном институте ядерных исследований, придумали следующее: в ускорителе, который используется для физики высоких энергий, пленка бомбардируется атомными ядрами. Ядра летят и пробивают эти «дырочки», и получается такое сверхмелкое «сито».

Ну, не совсем с ядро, чуть больше. Ядро же, как пуля, летит с большой скоростью, пробивает отверстие, которое пошире будет, чем диаметр атомного ядра.

Есть какие-нибудь еще применения физики элементарных частиц?

Еще есть ускорители электронов, основанные на встречных пучках. В Институте ядерной физики в Новосибирске их научились делать очень маленькими, и порождаемое ими синхротронное излучение можно использовать совершенно по-разному: от томографов до дезинфекции.

Повторю еще раз, никогда не знаешь, что и где найдет свое применение. Недавно встретил специалиста из Нью-Йорка, который сказал, что одну мою математическую теорему использует в медицине.

Насколько далеко по времени технические изобретения отстоят от фундаментальных физических открытий, на которых они основываются?

В конце XIX века техника шла с отставанием лет в 50-60 от науки, в прошлом веке – лет в 30-40. Процесс применения ускоряется. Так что техники, основанной на квантовых и релятивистских принципах, можно ждать в ближайшие десятилетия.

Есть ли самостоятельные направления в современной математике, не связанные с физикой?

Как я уже неоднократно говорил, никогда не знаешь, что из того, чем занимается фундаментальная наука, пригодится в практической жизни, когда это произойдет и для чего будет применяться. Слишком высока степень абстракции.

Но без фундаментальных открытий не может быть и прикладных изобретений. Упомянем еще раз электричество: некоторые почему-то думают, что оно было всегда. А на самом деле оно вошло в нашу жизнь только в конце XIX века. А применения ему тогда еще не было, это было просто одно из открытий, с которым поначалу никто не знал, что делать. А сейчас использование электричества настолько широко, что все жители цивилизованных стран не представляют своей жизни без него. Значит, люди не представляют своей жизни без фундаментальной науки. Прекращение развития фундаментальной науки означает конец прогресса.

Тогда почему у нас ученые получают так мало денег?

Это другая проблема, она относится не к науке, а к политике. Проблема фундаментальной науки, в частности физики, состоит в том, что понять ее могут только профессионалы, а большинству населения непонятно, чем мы занимаемся, и поэтому они думают, что это не нужно.

Хорошо бы, чтобы они понимали, что они пользуются следствиями фундаментальной науки каждый день. Максвелл и Фарадей, создав физику электричества, оплатили фундаментальную науку вперед на все времена.

Источник

Фундаментальная физика

Глава 1 — Делаем пустоту

Понятие пустоты и её свойства тревожило умы учёных с самых давних времён. Например, римские инженеры поднимали воду на высоту с помощью насосов, работающих по принципу откачивания воздуха.

Считалось, что вода поднимается за поршнем, поскольку «природа не терпит пустоты». Тогдашние учёные не знали о6 атмосфере и об ее огромном давлении, и данное объяснение казалось исчерпывающим. Пока они не попытались поднять воду на высоту более 10 метров — столб воды замер на этой отметке и уже совсем не стремился за поршнем. Такая вот проблема фундаментальной физики двухтысячелетней давности.

Сейчас мы знаем, что 10 метров водяного столба как раз эквивалентны нормальному атмосферному давлению, которое ответственно за поднятие воды. И что нас окружает не пустота, а воздух — океан, состоящий из беспорядочно движущихся молекул.

Значит пустота будет между молекулами? А вот и нет. Во-первых, там мы обнаружим различные поля — гравитационное, электромагнитное и равномерно заполнившее всю вселенную поле Хиггса, которое никогда не бывает равное нулю и, к слову, обеспечивает всем частицам массу.

Во-вторых, нам придётся иметь дело с вездесущими нейтрино — частицами, для которых наша планета более проницаема, чем стекло для света. В каждом кубическом сантиметре их триллионы. На картинке типичный детектор нейтрино — резервуар из нержавеющей стали высотой 42 м и диаметром 40 м, заполненный 50 тыс. тоннами специально очищенной воды.

Но я немного отвлёкся от темы. Настоящая пустота — как её создать? Во-первых, закроемся от излучений и всяких нейтрино невероятно толстыми стенами, скажем, из свинца, заэкранируемся от внешних электромагнитных излучений, извлечём все молекулы, возможно с небольшой погрешностью — что-то всё равно останется, уберём поле Хиггса и гравитацию.

Мы вроде бы получили пустоту. Там темно и абсолютный ноль по шкале Кельвина, так как молекулы и излучения отсутствую. С точки зрения классической физики это настоящая пустота, однако квантовая механика утверждает, что как бы мы ни старались, всё равно у нас не получится избавиться от очень необычного явления под названием нулевые колебания вакуума.

Глава 2 — Нулевые колебания вакуума

Данное явление есть следствие принципа неопределённости, открытого физиком-теоретиком по фамилии Гейзенбег. Согласно этому принципу, в квантовом мире существуют пары характеристик, для которых верно следующее утверждение: чем точнее мы измерим одну, тем более неопределённой становится другая.

Например, определив координаты электрона, мы не сможем узнать его скорость. А узнав точно скорость, не сможем узнать координаты. Как тут не вспомнить бородатый анекдот: специалиста по квантовой физике останавливает на шоссе полицейский и спрашивает: «Вы знаете, как быстро Вы ехали, сэр?». На что физик отвечает: «Нет, но я точно знаю, где я!».

И тут я снова возвращаюсь к удивительной, надеюсь, не только для меня мысли: свойства окружающей нас вселенной можно узнать без проведения опытов, исключительно играясь с математическими операторами. В частности, из принципа неопределённости мы можем вывести, что для события, делящегося некое известное количество времени, невозможно зафиксировать энергию абсолютно точно — а только с некоторой погрешностью.

Физический анализ этой математики приводит к странному заключению, что закон сохранения энергии в квантовой механике работает по другому и что частицы могут, образно говоря, «занимать” энергию.

Те же транзисторы работают благодаря тому, что электроны преодолевают «невозможный» потенциальный барьер, на который у них не хватает энергии, то есть не хватило бы в классической физике. А в квантовой механике, которая, между прочим, экспериментально проверена вдоль и поперек, энергия электрона может спонтанно изменяться, хоть и в пределах вычисляемой погрешности. Данный эффект называется квантовым туннелированием.

Теперь посмотрим на пустоту в нашем свинцовом бункере с учётом принципа неопределённости. И неожиданно получится, что энергия любого поля в вакууме не равна нулю! И что в вакууме всегда происходят колебания полей, математически эквивалентные спонтанно возникающим парам частица-античастица.

Такие частицы назвали виртуальными. И, честно говоря, я не смогу понятным языком объяснить, что такое виртуальные частицы, так как какие-либо аналогии для их описания невозможны в принципе. В статье на вики о виртуальных частицах звучат фразы типа «некоторый абстрактный объект в квантовой теории поля» или «виртуальные частицы — это и есть то, как происходит взаимодействие». Собственно, понимания эти фразы ни капельки не прибавляют.

Если же вы встречали в интернете статью, из которой поняли что они такое, причем без вникания в формулы, значит вас обманули.

Однако для понимания сути проблемы нам не нужно вникать настолько глубоко. Достаточно знать, что нулевые колебания вакуума обладают энергией. Причём по всем выкладкам получается, что она бесконечно огромна.

Глава 3 — Энергия и бесконечность

Итак, энергия физического вакуума, который только притворялся пустотой, получается бесконечной. Энергия пустого пространства бесконечная.

Тут надо вспомнить о том, что физики очень не любят бесконечность, т. к. довольно часто она является признаком ошибки. Однако в данном случае мы можем принять уровень энергии вакуума за ноль — ведь она в любой точке вселенной одинаково бесконечна. Поэтому любая другая энергия будет как бы над ней — и в формулах бесконечность успешно сократится.

К слову, на энергии вакуума любят паразитировать различные непризнанные «гении» с целым ворохом вакуумных или эфирных или торсионных двигателей, серьёзно, наберите в ютубе «энергия вакуума», это что-то с чем-то.

Есть простейший принцип — от большого камня можно получить «даровую» энергию, только если имеется перепад высот. Или, выражаясь физическим языком, должно существовать состояние системы с меньшей энергией. Например, сжатая пружина реализует свою потенциальную энергию, переходя в разжатое состояние.

От камня, лежащего посреди ровного плато, энергию можно получить, только затратив ещё энергию, т. е. подняв его. Уронив камень, мы получим затраченную энергию, то есть останемся при своём.

Иначе говоря, нам нужен физический вакуум с меньшей энергией нулевых колебаний. Но свойства физического вакуума одинаковы в пределах нашей вселенной. И вакуум, отличающийся от нашего, может быть только в другой вселенной. И то не факт.

Однако я снова отвлёкся. Какими бы виртуальными не были эти частицы, они вполне реально проявляют себя в нашем мире. Две пластины, сближенные на расстояние микрометра, притягиваются с невероятно малой силой благодаря ослаблению части флуктаций, так называемый эффект Казимира.

К списку реальных проявлений виртуальных частиц относят спонтанную эмиссию фотона, поляризацию вакуума, эффект Комптона и много других страшных слов. Самое главное в данной ситуации, что все эти эффекты замечательно сходятся с теорией. И жили бы физики спокойно, и не горевали бы, если бы не одна бессердечная сволочь — гравитация.

Глава 4 — Гравитация

Дело в том, что в присутствии гравитации нулевые колебания что-то весят, к слову, забудьте школьное определение, в котором гравитация действует на массу — она действует именно на энергию.

Чисто математически отбросить этот вес мы уже не сможем. Он конкретен, измеряем, и лезет в фундаментальные формулы, описывающие нашу вселенную. Например, в уравнения Эйнштейна, как раз и есть та самая космологическая постоянная.

Глядя на её позицию в уравнении, наиболее логично интерпретировать космологическую постоянную как суммарную энергию, находящуюся в пустом пространстве. Теоретически эта энергия должна быть равна энергии нулевых колебаний вакуума, то бишь виртуальных частиц. В присутствии гравитации мы можем легко и просто её посчитать — и получить определенную величину.

Это значение сугубо теоретическое, и всем нам крупно повезло, потому что мы живём в то самое время, когда к космологической постоянной можно подъехать с другой стороны — чисто практической. Для этого надо всего лишь измерить некоторые физические закономерности в масштабах вселенной.

Например, с помощью мощнейших телескопов оценить скорость разбегания галактик. Что учёные и сделали с помощью наблюдения за стандартными сверхновыми — и внезапно выяснилось, что галактики разбегаются ускоренно. Многие почему-то уверены, что разбегание галактик аналогично поведению осколков гранаты после взрыва, тем более что название Теории большого взрыва даже подталкивает к этой мысли.

Однако это в корне неверно. Разлетание галактик есть отражение процесса расширения пространства, которое больше всего похоже на процесс надувания шарика с нарисованными на нём галактиками. Сами галактики при этом практически никуда не движутся — расстояние между ними растёт только по причине надувания шарика. Так вот, ускоренное расширение пространства, или расширение вселенной, что по сути одно и то же, связано с космологической постоянной. Зная величину ускорения, можно напрямую оценить величину космологической постоянной и сравнить её с теоретической величиной.

Глава 5 — Хьюстон, у нас проблема

Как вы думаете, разница в 120 раз считается большим расхождением? Очевидно, ответ зависит от масштабов оцениваемого явления. Но в целом да, такое расхождение довольно велико. Однако когда мы говорим о расхождении в оценке космологической постоянной, то цифра «120» играет немного другую роль, потому что расхождение оценивается числом 10 в 120 степени, то есть единицей со 120 нулями — именно во столько раз практическая оценка меньше.

Расхождение теоретического предсказания с результатами измерений настолько огромно, что его называют «худшим теоретическим предсказанием в истории физики». Причины такого результата могут быть разные, вплоть до неверной оценки роли космологической постоянной в уравнении Эйнштейна. Возможно, мы не знаем о некой составляющей космологической постоянной помимо энергии вакуума.

Источник

Фундаментальная физика: вопросы без ответа

Современные знания имеют немало белых пятен в виде недоказанных или незавершённых теорий. Происхождение мира и появление жизни на планете до сих пор являются актуальными загадками. Отсутствие непротиворечивой гипотезы о начале мира, на мой взгляд, это недоработка фундаментальной физики, задачей которой является определение движущих сил первых эволюционных процессов, законов взаимодействия этих сил, основных свойств материи-первоэлемента и других её характеристик.

В многочисленных теоретических построениях инициирующей силой учёные, как правило, рассматривают только силу гравитации. Главный недостаток подобного подхода: непонятно, что именно приводит в вихревое движение космическую пыль и лёгкие газы. Например, суть гипотезы о вихревом начале мира Канта-Лапласа заключается в следующем: космологический субстрат, состоящий из частиц, концентрируется и сжимается с помощью сил гравитации до состояния плазмы. Далее внешние силы, или космические случайности, должны «запалить», запустить процессы термоядерной реакции и «зажечь» Солнце.

В качестве общепринятой версии для широкой публики приведу краткую вырезку из Википедии. «Согласно гипотезе Канта-Лапласа на месте Солнечной системы ранее располагалась огромная газо-пылевая туманность (похожая на хорошо знакомый нам дым из печных труб – прим. автора). По мнению И. Канта, пылевая туманность состояла из твёрдых частиц, по предположению П. Лапласа, она была газовой. Туманность была раскалённой и вращалась. Под действием законов тяготения её материя постепенно уплотнялась, сплющивалась, образуя в центре ядро. Так образовалось первичное солнце. Дальнейшее охлаждение и уплотнение туманности привело к увеличению угловой скорости вращения, вследствие чего на экваторе произошло отделение наружной части туманности от основной массы в виде колец, вращающихся в экваториальной плоскости: их образовалось несколько. В качестве примера Лаплас приводил кольца Сатурна. Неравномерно охлаждаясь, кольца разрывались, и вследствие притяжения между частицами происходило образование планет, обращающихся вокруг Солнца. Остывающие планеты покрывались твёрдой коркой, на поверхности которой стали развиваться геологические процессы».

В данном варианте гипотезы я не нахожу ответа на вопросы: почему первичная газопылевая туманность вращалась? Почему она «уплотнялась под действием законов тяготения», ведь газы не могут сжаться до состояния плазмы с помощью очень слабых сил гравитации? Почему планеты начали вращаться вокруг своей оси? Наконец, я считаю, что произвольное самоохлаждение в космосе – это неправильная трактовка процесса, подход в принципе неверный. Данный вопрос напрямую относится к климату и будет подробно разбираться в соответствующей главе книги.

Также непонятно, как именно планеты сформировались по отдельности, как они отделились от протозвезды – большого вихря. Некоторые учёные предполагают, что спутники планет образовались при столкновении и разрушении самих планет. Лаплас, провозглашая идеи детерменизма, или непрерывную эволюцию, допускает пробелы в своей эволюционной гипотезе, включает в неё начальную полуготовность базового мира. Если он не находит рациональной объективной причины, объясняет какой-либо этап космической случайностью.

Физика в целом не учитывает базовую роль первичной материи в обустройстве мира. Космическая пыль – это мелкие частицы различных минералов, почему именно их принимают в виде субстрата, а не первичную материю?

В физике нет теории «самосборки» атомов. Кант, Лаплас и современные эволюционисты в своих гипотезах образования Солнечной системы в качестве субстрата эволюции принимают «сырьё» из готовых атомов. Они не учитывают, что в процессе эволюции Солнечной системы рождаются планеты, их спутники и химические элементы. Далее появляется биологическая жизнь, а затем и человек. И всё это начинается в галактическом космосе из первичной материи.

В виде субстрата первоначальной космической туманности физики приняли космическую пыль и газы, состоящие из химических элементов (атомов). Получается, что рассматривать эволюцию Солнечной системы они начинают с полпути, с некой промежуточной точки отсчёта. Остаётся нерешённым вопрос: кто и как подготовил космические «полуфабрикаты» для начала сотворения мира?

У Канта и Лапласа идеи о происхождении мира появились после открытий Галилея, Кеплера, Декарта и Ньютона. Галилей открыл инерцию предметов. Кеплер на основе данных Тихо Браге открыл орбитальные законы. Декарт увидел вихревую природу мира. Из всего этого Исаак Ньютон составил основы механики, в которую ввёл физические понятия: инерция, сила, ускорение, масса.

Что в данном направлении для науки сделал и что не смог прояснить Ньютон? Создавая механику планетарной системы, он включил в неё силы гравитации: они притягивают планету к Солнцу и непрерывно отклоняют инерционный порыв планеты к прямолинейному движению. Обозначились два свойства космических тел – это их инерция и силы гравитации. При этом в свою небесную механику он в «помощь» двум свойствам очень осторожно включил ещё и «божественные толчки».

Позднее Лаплас создал математическую модель Солнечной системы и доказал, что планеты по инерции долго, в пределе – вечно, могут поддерживать круговое (эллиптическое) движение. Он пришёл к выводу, что «божественные толчки» Ньютона вообще не нужны. Лаплас как бы окончательно снял, или решил, завуалированный основной вопрос физики и философии – извечный спор между материализмом и идеализмом. Однако «божественные толчки» Ньютона, его «ненаучные» идеи окончательно не прояснились до сих пор.

Промежуточный вывод. Пристальный взгляд на современные гипотезы эволюции мира рождает множество вопросов. Почему планеты отделились от большого вихря и от общей массы звёздного материала? Кто извне «запалил» термоядерную реакцию в прототеле звезды? Как затем тяжёлые химические элементы попали в тело планет? В главе «Образование Солнечной системы» мы попробуем ответить, создавая непротиворечивую гипотезу на основе новых начал физики и принятых далее в настоящей главе постулатов.

Для дальнейшей конкретизации своих вопросов и сомнений хочу обратиться к книге Ричарда Фейнмана «Характер физических законов». Фейнман – известный физик, лауреат Нобелевской премии, участник атомного проекта США. В своей книге он разъясняет очень сложные вопросы доступным языком, применяя простые примеры и находя нужные слова. В то же время Фейнман – типичный представитель современной физики, носитель её неоднозначных идей.

Он пишет: «Свободное движение не имеет никакой видимой причины. Почему предметы способны вечно лететь по прямой линии, мы не знаем. Происхождение закона инерции до сих пор остаётся загадкой» [60].

Подразумевается, что свободное движение предмета – это движение по инерции, в частности, Фейнман анализирует силы гравитации. Давайте и мы с вами займёмся «небесными силами», для чего рассмотрим вопрос в его графическом изображении. Рисунок 1 настоящей книги – это копия рисунка из книги Фейнмана. На нём мы видим движение планеты по орбите, видим вектор сил гравитации, направленный к центру, и вектор инерции планеты, направленный по касательной к траектории орбиты.

Фейнман поясняет данный рисунок так: «Поэтому, решил Ньютон, планете, вращающейся вокруг Солнца, не нужна сила, чтобы двигаться вперёд; если бы, не было никакой силы, планета летела бы по касательной» [60]. Пытаясь упростить изложение важных вопросов для широкой публики (или считая их уже решёнными), он искажает историю науки и умалчивает о том, что Ньютон дополнил инерционное движение планет «божественными толчками». Возможно, Фейнман полагал, что Ньютон ошибся, и скромно умолчал об этом.

На мой взгляд, Ньютон здесь осторожничает: он понимал, что если силы гравитации вызывают ускоренное отклонение планет в сторону Солнца, то рано или поздно планета должна упасть на Солнце, и вынужден был признать эпизодическое вмешательство извне. Нужны некие силы, которые должны выталкивать планеты и возвращать их на основную орбиту.

Как величайший физик Ньютон увидел неточность в планетарном равновесии сил, поэтому в своё понятие инерционного движения планет добавил «божественные толчки». Последователи позднее исказили его божественно-диалектические подходы в физике, пытаясь интерпретировать законы механики в свете материалистических идей.

Фейнман полностью поддерживает Лапласа и тоже считает, что внешние воздействия не нужны. Лаплас как математик проигнорировал это физическое «неладное» от Ньютона и полностью математизировал небесную механику. Можно сказать, спрятал нерешённый вопрос физики в дремучих лесах безликих математических формул. Позднее постарался и Джеймс Клерк Максвелл, предложив свою интегральную схему и «невидимые шестерёнки», поясняя электромагнитное поле.

Полностью разделяю мнение Эйнштейна, что все вместе они выдали лишь «случайные» математические алгоритмы. Завеса из формул скрыла физическую, или философскую, сущность явлений, которые они описывают. В результате теоретическая физика скорее потеряла, чем обрела, лишившись своей метафизической составляющей и раздражителя, двигавшей её на протяжении веков. Однако интуитивные догадки, как мне кажется, можно считать (тоже) одним из эффективных методов науки. Например, математические алгоритмы Максвелла прошли проверку практикой и востребованы в настоящее время, при этом его «невидимые шестерёнки» остаются для нас непонятными до сих пор.

Я полагаю, что искажения в приведённых мной примерах, как и многие другие, связаны с интерпретацией работ великих учёных прошлого и благими пожеланиями облегчить и упростить усвоение материала обучающимися. Новые поколения, оторванные от первоисточников и изучающие предлагаемые интерпретации, лишаются естественных научных раздражителей. Фейнман прячет «божественные толчки» Ньютона, другие интерпретаторы убрали из периодической таблицы «эфир» Менделеева. «Благими пожеланиями» устлан путь ошибок в науке. В наших дальнейших теоретических построениях самым активным образом будут участвовать и «божественные толчки» Ньютона, и первоэлемент Менделеева – «эфир».

В то же время Фейнман пишет: «Физика ещё не превратилась в единую конструкцию, где каждая часть – на своём месте. Пока мы имеем множество деталей, которые трудно подогнать друг к другу» [60]. В качестве примера в другом месте он отмечает: «До сих пор никому не удалось представить тяготение и электричество как два разных проявления одной и той же сущности» [60]. Мы примем во внимание его добросовестное признание о «недоделках» физики и постараемся в настоящей книге найти выходы из создавшегося положения.

Рассмотрим рисунок 1 более пристально. Он очень похож на параллелограмм равновесия сил. На рисунке мы видим динамическое равновесие. Однако о равновесии двух сил речь не идёт. Вектор инерционного движения планеты можно описать в виде произведения mv, а вектор сил притяжения – как ma, где m – масса тела, v – скорость, a – ускорение. Парадокс: мы составили параллелограмм равновесия между количеством движения mv и силой ma!

Я считаю это примером ненамеренного софизма в истории науки. Мы сравнили (сложили) площадь поверхности тела с его объёмом, составили из них динамическое равновесие планетарной системы и оказались перед дилеммой: чтобы выполнить условие равновесия и соблюсти правила механики, мы должны либо считать, что силы притяжения не являются силой, либо считать силой количество движения mv – инерцию.

Задачу в любом случае решать нужно, и мы это сделаем позже. Равновесие планетарной системы и законы небесной механики существуют на деле, это неоспоримый факт. Ошибка, вероятно, кроется в физических понятиях: скорее всего, инерция является не совсем инерцией. Мы опять видим нерешённые проблемы фундаментальной физики. Означает ли это, что механика Ньютона ошибочна? Если да, почему будущая плеяда знаменитых физиков пропустила ошибку?

Дело в том, что силы гравитации, возникающие между физическими телами, ведут себя как ma, у них есть квадратичная зависимость – обратная зависимость от расстояния между телами. Силы гравитации действуют на расстоянии, или бесконтактным способом.

Напротив, динамическая сила F=ma, принятая (придуманная) Ньютоном, не зависит от каких-либо условий и действует лишь при непосредственном контакте тел. Я немного уточню: динамические силы не зависят от расстояния между телами, потому что действуют при непосредственном контакте. Таким образом, мы приходим к предположению, что силы гравитации – это нечто другое по своей природе.

Но вернёмся к книге Фейнмана, где он пишет: «Эта удивительная проверка показала, что с теорией Ньютона всё в порядке» [60]. К данному заключению Фейнман приходит, описывая множество экспериментов, где определяется значение ускорения свободного падения g.

Подчеркну, что законы Ньютона действуют между физическими телами. Возникает вопрос: как это взаимодействие происходит в микромеханике, которая сегодня называется квантовой механикой? Оказывается, между ней и классической механикой возникают непримиримые противоречия. Учитывая объективные трудности в достоверном познании микромира (мира элементарных частиц), может быть, нам стоит проверить и уточнить механику Ньютона?

Когда я своими сомнениями делился с физиками, многие вскакивали с места и шли к доске, писали формулы, призывали не трогать Ньютона. Они утверждали, что законы Ньютона доказаны опытным путём. Как разрешились мои сомнения, я расскажу в главе «Образование Солнечной системы». Там попробуем вместе разобраться во всех перечисленных мной вопросах на великом космическом примере.

Теперь коснёмся малоразработанной темы образования вихрей. В чём заключаются логические пробелы гипотезы Лапласа и его детерминизма? Он не объясняет, какие силы в космосе или, может быть, имманентные свойства материи, подвигли космическое образование из частиц в круговое и вечное вихревое движение. Понятно, что силы гравитации могут концентрировать частицы, однако неясно, какие именно силы закрутили большой космический вихрь. Данное «недомыслие» в науке продолжается очень долго – уже сотни лет. Мы признаём различные физические законы и объясняем существующие явления, но не знаем, какие силы инициируют обычные природные вихри в атмосфере и в водной среде. В физике до сих пор нет теории обычных вихрей.

В общей системе как бы ниоткуда появился вращательный момент силы. Мы можем только догадываться: это каждая пылинка знает свой круговой маршрут или вихревое движение началось в результате гравитационного скопления частиц? Ясно только одно: учёные заметили, что иногда в атмосфере или в водной среде возникают вихревые эффекты. Отсюда по принципу аналогий делается общий вывод, что у космического скопления частиц появляется или есть изначально способность к вихревому движению. Как известно, аналогия – метод, не всегда имеющий большой доказательный вес, его нужно сочетать с общей композицией науки и постулатной базой.

Силы, инициирующие вихри, не могли появиться ниоткуда. И мы видим, что вопрос о физическом смысле образования вихрей в природе, о том, какие силы инициируют их, до сих пор остаётся без ответа. Да что тут говорить: для современной науки неясна природа энергии вообще! Понятие энергии в прямом и переносном смысле существует само по себе, оно остаётся за пределами освоенных нами знаний. К этому выводу я пришёл, можно сказать, случайно, изучая климат и пытаясь осмыслить, что такое тепло в атмосфере.

Обобщая всё вышесказанное, основными нерешёнными проблемами теоретической физики я бы назвал гипотезу построения атома, понятие материи, понятие энергии и теорию полей. Углубляясь в изучение всех этих проблем и вопросов, я сделал неожиданный вывод, что рационального решения и ответа на них до сих пор нет.

Начала фундаментальной физики по уровню миропонимания со времён Ньютона не продвинулись ни на йоту.

До этого физику, как и многие из вас, я считал для себя недосягаемой наукой, а самих физиков – небожителями. На деле это колосс на глиняных ногах, это смесь математики и фрагментарных фактов, физических понятий, не связанных общей теорией. У разных разделов физики есть самостоятельные постулатные базы, иногда они категорически противоречат друг другу. В фундаментальной части физики возникла величайшая путаница, и главная беда, что мы пока не отдаём себе отчёт в том, как сильно ошибаемся.

Думаю, что главная причина всех недоработок заключается в следующем: никто не устанавливает сроки для решения данных научных задач, не принимает целенаправленных и подкреплённых соответствующими ресурсами мер для прогресса фундаментальной физики. Прикладные науки с успехом развиваются, а основные фундаментальные вопросы десятками (сотнями) лет остаются без ответа и даже не стоят на повестке дня.

Экспериментальная физика по многим причинам здесь не помощник, это как раз тот случай, когда сначала нужна научная теория, чтобы затем на основе хотя бы косвенных экспериментов появилась возможность её доказать. Мы пока можем лишь фантазировать, прибегать к метафизике – когнитивному методу Аристотеля. В дополнение к метафизике я также воспользуюсь научным методом Зигмунда Фрейда.

Читая Фрейда, я восхищался его популярными и одновременно весьма скучными лекциями. Он буквально из крох создавал начала психоанализа; оговорка, очитка, забывчивость, сновидения и все другие, казалось бы, мелочи, служили для него научным материалом. Мелкие косвенные факты он собирал скрупулёзно, накапливал, выделял из них существенное, и в итоге из всего их множества сложил теорию психоанализа.

В настоящей книге мы попробуем воспроизвести основные положения физики, встраивая в них новые понятия для доработки гипотезы о начале мира и создания эволюционной теории климата с прицелом рано или поздно выйти на конструирование общей теории эволюции.

У меня все вышеперечисленные вопросы нарастали в процессе осознания климатической угрозы. Со временем они объединились в один большой вопрос: как разрешить существующие противоречия и заполнить основательные пробелы в фундаментальной физике? В книге «Каноны эволюции» я хочу, во-первых, обратить внимание на эти пробелы и, во-вторых, сделать попытку заполнить их самостоятельно. Но не будем забегать вперёд.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Источник