Уроки современной физики. Урок четвертый и последний – эстетический.

Эйнштейн

…Есть еще один урок — урок эстетический. История сохранила много примеров того, как поисками ученых руководили критерии красоты, гармонии, симметрии. Но всякий раз, как об этом заходит разговор, он касается классических образцов. Однако исследования последнего времени подталкивают нас к новым интересным выводам. Изучение нелинейных классических и квантовых систем обнаруживает очень запутанный вид реальных пространственных траекторий и их образов в искусственно конструируемых учеными пространствах.

Эти траектории заполняют свои «территории» столь причудливым способом, что часто напоминают рисунки абстрактных художников. Когда мы встречаем такие рисунки в научной работе, нам все ясно: мы видим некий абстрактный текст и ищем ключ для его прочтения. Но ведь нечто подобное происходит и тогда, когда мы смотрим, скажем, на полотна Айвазовского, только там уже сталкиваемся с текстом, который считаем реалистическим, потому что заранее знаем ключ к нему.

Напрашивается вывод: наверно, и кажущаяся абстрактной картина (живопись, иероглифы, математика) также отражает реальный мир, если только знать нужный код. Информацию надо расшифровывать, а она содержится в паре — текст плюс код. Любые наблюдения становятся информацией только в паре с кодом. Так было в классической науке, так происходит и в неклассической, квантовой физике.

…Усложнились ли взаимодействия физиков друг с другом? Легче или труднее стало им понимать коллег? Здесь надо начать с вопроса о квалификации. Сейчас в физике есть два типа работ, два типа направлений исследований. Можно экспериментально изучать узкое явление, и в последние годы мы получили довольно много примеров того, как значительные открытия делались не потому, что человек знал, где они его ждут, а от естественного желания современного физика уточнить свои представления об этом явлении. Так было, например, с открытием сверхпроводимости. Очень характерно в этом отношении открытие квантового эффекта Холла, когда автор уточнял измерения и неожиданно обнаружил, что численные характеристики явления повторяются с весьма высокой точностью и что используя этот эффект можно создать очень хороший эталон электрического сопротивления.

Чтобы провести такой опыт, нужно быть хорошим специалистом. Но чтобы увидеть, что в этих результатах кроется неожиданность, понять, что она противоречит представлениям физиков на сегодняшний день или хотя бы ставит их под подозрение, короче, чтобы не пройти мимо, — требуется нечто большее, нужна большая физическая культура.

Поэтому крупные открытия все-таки делаются людьми, которые широко образованы, хорошо освоились в странном мире современной физики и способны заметить в своих экспериментах поначалу не очень большие расхождения с существующими понятиями. Простая регистрация событий приводит обычно к таблицам, а не к открытиям.

Число исследователей, хорошо изучающих явления, растет все время. А вот число людей, которые неожиданно вскрикивают от удивления и начинают копаться там, где до них никто не копался, остается не очень большим. Но именно такие люди двигают физику вперед. Остальные, помогая им, расширяют возможности эксперимента, но они только утверждают фундамент, предоставляя дальнейшее строительство тем, кто идет в авангарде…

…Вас, наверное, интересует усложнение языка, на котором говорят ученые, связанное со все более изощренным математическим аппаратом. Бывали времена, когда физик понимал математика, математик — физика. Но, скажем, в прошлом веке физикам казалось чрезвычайно сложным дифференциальное исчисление, особенно векторный анализ.

Конечно, и сейчас понимание физических теорий доступно немногим. Однако, к счастью, с наукой происходят удивительные вещи. Наука упрощается, ее изложение, когда теория «созревает», ведется совсем иным путем, нежели в периоды роста, развития. Прорываясь в новые области, люди часто оставляют математикам бремя доказательств. Однако выводы, полученные ими, порою развиваются без строгих построений. Исследователь учится рассуждать на новом языке, не задумываясь о доказательности. Все происходит так, как в обычной речи, — мы пользуемся законами логики и редко интересуемся, почему наши логические рассуждения претендуют на правильность.

История повторяется. И, я думаю, нынешние «языковые» проблемы не долго будут препятствием пониманию физики. Когда мы недавно следили за движением кометы Галлея и аппаратов, посланных к ней, то многие черпали информацию из газет, достоянием которых стали чертежи траекторий перелетов, и считали, что они вполне понятны. А так ли давно детали движения небесных тел казались абстрактными? …Но можно ли в таком случае говорить сегодня о том, что физика остается единой наукой?

Я считаю, этот вопрос столь же неправомочен, как и вопрос: а что с техникой? Это одна техника или много разных техник? Объединяет ли что-нибудь человека, создающего компьютер, с человеком, делающим автобус?

В науке всегда существует несколько уровней. Возьмем такой пример. Квантовая механика раньше считалась законодательницей в микромире, и она не появлялась в макроскопических явлениях. И вдруг оказалось, что она «вылезает» в лаборатории, где изучаются макроскопические свойства веществ. Мы знаем теперь, существуют объекты вполне макроскопические, но описываемые волновой функцией. А в самые последние годы в очень чистых веществах при низких температурах проявляются волновые свойства электронов — совсем так, как это известно по исследованиям свойств атома.

Получается, что упорядочивание науки и ее разветвление можно пытаться прослеживать по разным линиям. Если вы смотрите в каком-то одном направлении (скажем, выстраиваете объекты по размерам), то будете уходить все дальше и дальше от начала. Существует совсем другое, так сказать, поперечное движение, которое пронизывает все направления, пройденные на первом уровне, и, следуя которому, вы сможете обнаружить связи между ними.

Вот это взаимопроникновение наук — общей теории относительности в космологию, волновой механики в объяснение объемных свойств макроскопических проводников, использование теории относительности в конструировании ускорителей или в расчетах траекторий искусственных небесных тел — примеры, очень характерные для нашего времени. Поэтому можно образно сказать, что по некоторым дорожкам физика расходится так далеко, что люди, идущие по ним, уже давно не видят друг друга, но по другим направлениям расстояние между ними оказывается очень маленьким. И те, кто идет «поперек», обнаруживают необычайное сходство между вроде бы несвязанными явлениями, такое сходство, что эти явления почти тождественны с правильной точки зрения.

Если хотите, это тоже урок, но он практически повторяет предыдущие. Поэтому прервем наши «занятия» и продолжим их позже, когда физика преподаст нам, я не сомневаюсь, новые удивительные и содержательные уроки.

Автор: Я. А. Смогородинский.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *