Уроки сучасної фізики. Урок перший, який оповідає про те, для чого потрібна фізика.

фізика

… Ви питаєте, які зміни внесла фізика в уявлення сучасної людини? Чого навчили не тільки ті відкриття, свідками яких ми були самі, а й ті, що відбулися давно, але лише в наші дні отримали правильну оцінку? Я думаю, що тут можна відповісти запитанням на запитання: ну, а що дає людині сучасне мистецтво? Що воно – засіб проведення часу або щось більше, здатне помітно впливати на людську поведінку? Якщо задуматися над цими питаннями, то, бути може, тоді ясніше стане, що значить наука для людства…

Говорячи дуже загальними словами, наука дає людині відчуття власної могутності, віру у власні можливості не тільки пізнати навколишній світ, а й поставити на службу сили невідомі досі або навіть ворожі. Але щоб відкрити нове, треба задавати природі правильно поставлені питання – питання, на які існує відповідь. А для цього потрібно опанувати мистецтво задавати питання.

Наприклад, з часів Ньютона філософи і фізики сперечалися, що таке світло – частинки або хвилі? А в XX столітті суперечка перекинулася і на електрон. У 1924 році де Бройль зародив сумнів: може бути, і електрон – в якомусь сенсі хвиля? У той час всякій, так сказати, розсудливій людині мало бути очевидно, що на це питання зобов’язана існувати відповідь, причому одна виключала іншу: або частка, або хвиля. Звичайно, було дуже непросто зрозуміти, що в такій постановці питання правомірне, як взагалі вельми важко відмовитися від звичних, повсякденних понять.

На рубежі століть багато людей думали, що фізика практично закінчена і людина пізнала все, що можна пізнати. Наука ж схожа на мандри Данте сферами раю: за кожною сферою пізнання відкривається нова; та ознаки завершення науки завжди служили провісниками нових її злетів. Так було і з приходом XX століття: стався перелом, настала ера нового знання. Були створені теорія відносності, квантова механіка, пізніше розвинулася наука про світло, що увінчалася квантовою електродинамікою, вивчення атомного ядра лягло в основу атомної енергетики, вивчення гідродинаміки, аеродинаміки послужило фундаментом в освоєнні космосу…

Ймовірно, це перший урок, який дала фізика, та й взагалі наука, – наше знання не статично, воно розвивається і кінця ми ніколи не побачимо; всяка розвинута картина дозволяє спростити те, що ми знаємо, і, з іншого боку, проникнути в більш тонкі, більш серйозні деталі.

Ось це безперервне прагнення вперед, розширення можливостей, непосидючість, – напевно, найяскравіші особливості, які свідчать про вплив науки на людину…

… Подивимося, що ж притаманне розвитку фізики останнього десятиліття. Мабуть, саме своєрідне – це зближення протилежностей. З давніх пір фізики, вірніше натуралісти, цікавилися двома об’єктами (якщо так скромно можна назвати цілі світи). Перший об’єкт – це весь Всесвіт, устрій все більших і більших його частин, зв’язок між ними. І, найголовніше, в наш час у Всесвіті з’явилася історія: ми стали дізнаватися, як все це живе, еволюціонує. Рухаючись по променю зору вглиб неба, ми бачимо все більш ранні стадії розвитку Всесвіту і в ідеалі зможемо прочитати його історію з того, що ми спостерігаємо на різних відстанях від нас.

В цьому укладено ще один урок: нічого або майже нічого не знищується. Якщо говорять, що рукописи не горять, то з ще більшою підставою можна сказати, що і історія не знищується: як кільця на зрізі дерева зберігають відомості про погоду, як вуглець-14 записує дату його загибелі, так і Всесвіт зберігає в собі свою біографію. У глибинах Всесвіту ми бачимо залишки Великого вибуху, ми бачимо як вибухають галактики, і дивовижні об’єкти – квазари, яскравість яких перевершує яскравість галактик. І все це вибудовується в ланцюжок послідовних подій, передаючи нам історію Всесвіту.

Другий «об’єкт», над яким здавна міркували натуралісти, – мікросвіт. З чого зроблено, з чого складається найближче наше оточення, а в кінцевому рахунку – і далекі зірки? Дуже довго атоми були, швидше, предметом вивчення філософії, ніяких експериментальних можливостей їх дослідження не існувало. Їх називали атомами, корпускулами, монадами, однак це були об’єкти без структури і без історії. Але прийшов кінець XIX – початок XX століття, і людина стрімко проникла в світ атомів, а пізніше – і в світ ядра. Тут, як і у Всесвіті, можна йти далеко вглиб, виявляючи все нові і нові об’єкти, що отримали дивні, може бути, навіть смішні імена: бозони, кварки, глюони і навіть віпи і зіпи – зовсім як у лісових гномів. Ця система виявилася дуже складною, але підпорядкована законам, в яких людство поступово розбирається.

Начебто тут не видно історії. Ми просто виявляємо все менші і менші частинки матерії, пізнаємо їх ціною великих і дорогих експериментів, розвиваючи дуже важкі і хитромудрі теорії. Зрештою, ми навчаємося пов’язувати відкриті явища один з одним і навіть передбачати, що можна «побачити» на прискорювачах неймовірною енергії, які увійдуть до ладу через десяток років.

Наші пращури вважали очевидним, що чим менше об’єкт, тим простіше він влаштований. Але виявилося, все йде значно цікавіше. Спускаючись, немов по щаблях, в надра речовини, переходячи до все менших масштабів довжини і часу, ми виявляємо, що в цих глибинах таяться розгадки раннього стану Всесвіту. Дивлячись, що відбувається в системі, коли її розміри вкрай малі, коли щільність стає надзвичайно великою, ми наближаємося до розуміння того, що було з речовиною в стані, близькому до Великого вибуху, в якому «народився» наш Всесвіт.

Зараз для нас зрозуміло: не можна відокремити розвиток Мегасвіту від властивостей мікросвіту. Історія Всесвіту пишеться мовою мікросвіту. Астрофізики стали великими фахівцями в елементарних частинках, а теорії елементарних частинок все частіше і частіше перевіряються на моделях Всесвіту. Цей процес дуже повчальний, він сповнений величезною філософською значущістю. Демонстрація єдності явищ, на перший погляд, зовсім далеких, протиставлення один одному, єдності локальних і глобальних властивостей, – яскравий урок, піднесений нам природою, і про нього ми не повинні забувати у всій багатогранності нашого життя.

Знання не можна впорядкувати, його не можна укласти в єдиний ряд, сказавши, що раніше, що пізніше або навіть що простіше, а що – складніше. Напевно, одна з головних невдач нашої школи полягає в тому, що вчення в ній побудовано по локальному принципу, глобальний же погляд на природу залишається десь за межами і підручника і уроку.

Автор: Я. А. Смогородінсьий.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *