Читать книгу Физика без камней в голове - Э. В. Серга - Страница 6

Физика и математика

Эйнштейн воспринимал эффективность математики в объяснении окружающего мира как удивительное явление. В книге «Геометрия и опыт» он писал:

«Перед нами возникает загадка, которая беспокоила исследователей всех времён. Почему возможно такое превосходное соответствие математики с действительными предметами, если сама она является произведением только человеческой мысли, независимо от всякого опыта? Может ли человеческий разум без всякого опыта, путём только одного размышления, открыть основу существующих вещей?» [8].

Поставленная Эйнштейном проблема эффективности математики затрагивает глубокие проблемы теории познания. Математические исследования становятся определённо ориентированными на решение физических проблем. Если накапливается много физических явлений, не укладывающихся в рамки старых теорий, то возникает потребность в разработке новых математических моделей. Но при этом должен соблюдаться принцип соответствия математической модели и реального физического объекта.

Физика не может обойтись без математики, но не сводится к ней. Математика может обойтись без физики, но такая математика может не найти применения. Математика устраняет внутренние противоречия в физической теории, но она не отвечает за принятые исходные положения и соответствие используемых символов реальным физическим объектам и их свойствам. Современная физика полна противоречий. Это во многом объясняется тем, что физика в ХХ веке отмежевалась от философии и стала в значительной мере прикладной математикой. Эйнштейн внёс в теоретическую физику метод её геометризации и создания новых теорий на основе абстрактных математических построений. При этом во многих физических теориях наряду с наблюдаемыми величинами появились ненаблюдаемые величины, и между ними не всегда делается чёткое различие.

Авторы таких теорий исходят из произвольных определений, не подтверждающих правомерность использования ненаблюдаемых величин. В связи с этим современную физику условно можно разделить на реальную физику и виртуальную физику. В реальной физике не должно быть ненаблюдаемых величин и математических символов, не соответствующих реальным физическим объектам. Между реальной и виртуальной физикой не всегда можно провести чёткую грань, так как они в целом отражают сформировавшуюся в данное время систему взглядов на устройство окружающего мира.

С использованием математических построений можно обнаружить новые свойства физических объектов, то есть математика обладает предсказательной силой. В работе [9] был сформулирован принцип соответствия, суть которого состоит в следующем. Между реальным физическим объектом и его математической моделью должно быть взаимно однозначное соответствие. Если математическая модель наряду с наблюдаемыми свойствами физического объекта предсказывает его новые свойства, то эти свойства должны быть присущи этому объекту и, соответственно, подтверждены опытом. Если это условие не выполняется, то модель следует считать приближённой и, по возможности, подлежащей замене на более точную модель. Принцип представляется настолько правомерным, что, по мнению автора, не должен вызывать возражений. Многими исследователями он используется как негласное правило. Но, тем не менее, иногда нарушается.

Применение этого принципа позволило автору обосновать концепцию связанных пар как квантово-механических систем, состоящих из различных комбинаций элементарных частиц и античастиц. К ним относятся: вакуумные пары (электрон-позитрон и протон-антипротон), спаренные протоны (ядерные пары), спаренные электроны (куперовские пары), известные в теории сверхпроводимости. К связанным парам относятся также пары из частиц с различной массой, например, нейтрон.

Физика и философия

Любая солидная физическая теория должна отвечать общим философским критериям. Если математика избавляет теорию от внутренних противоречий, то философия должна обеспечить её внешнее оправдание, непротиворечивость опытным данным и надёжно проверенным положениям. При этом философия выступает как общая теория познания, не зависящая от воззрений представителей той или иной научной школы, научных авторитетов, и не связанная с политикой и идеологией.

В силу ряда причин физика в ХХ веке фактически отмежевалась от философии. Основными методами построения новых теорий стали математические модели и экспериментальные исследования. По этому вопросу имеется достаточно литературы. Рассмотрим два примера физических теорий, неудовлетворительных с философской точки зрения. Первый пример относится к теории расширяющейся Вселенной (ТРВ). Не нужно быть профессионалом в этой области, чтобы понять несостоятельность этой теории в свете современных знаний. В любой теории, претендующей на правильное описание физической реальности, не должно быть более одной гипотезы. А здесь одна гипотеза дополняет другую. Если каждую из гипотез (допущений) считать правдоподобной с какой-то приемлемой вероятностью, то в целом вероятность того, что ТРВ является правильной теорией, будет близка к нулю.

Второй пример относится к проблеме получения энергии путём термоядерного синтеза. Согласно представлениям современной ядерной физики, в ядерных реакциях деления и синтеза происходит выделение энергии, величина которой определяется соотношением Эйнштейна E = mc². Но деление и синтез – это противоположно направленные процессы. Если реакции деления ядер сопровождаются выделением энергии, то, с философской точки зрения, реакции синтеза должны сопровождаться поглощением энергии. В результате реакции слияния ядер дейтерия и трития, осуществляемой в термоядерном реакторе, должно образоваться ядро гелия и нейтрон. При этом энергия, необходимая для столкновения ядер дейтерия и трития, будет затрачена на образование ядра гелия. Уже более 6 десятилетий физики продолжают безуспешные попытки экспериментально подтвердить возможность получения энергии способом, сама идея которого с философских позиций является несостоятельной. Более подробно этот вопрос изложен в главе 5. В заключение приведём высказывание Энгельса:

«Философия мстит за себя задним числом естествознанию за то, что последнее покинуло её» [25].

Физическая теория и опыт

Одна из причин кризисных явлений в физике – ошибочное толкование опытных данных. Примером является уже упоминавшийся принцип эквивалентности массы и энергии, определяемый соотношением Е = mc². Согласно толкованию этого соотношения, во всех ядерных реакциях происходит превращение ядерного вещества в энергию, фактически, в энергию излучения, так как со скоростью света движутся только фотоны. Но в реакции деления ядра урана образовавшиеся осколки разлетаются со скоростью порядка 1/30 от скорости света. В ядерных реакциях количество нуклонов и их массы остаются неизменными. Это означает, что ядерная материи не превращается в энергию, а изменение массы продуктов реакции имеет другую причину. Как показано автором, оно происходит за счёт изменения полевой