Уроки сучасної фізики. Урок четвертий і останній – естетичний

… Є ще один урок – урок естетичний. Історія зберегла багато прикладів того, як пошуками вчених керували критерії краси, гармонії, симетрії. Але всякий раз, як про це заходить розмова, вона стосується класичних зразків. Однак дослідження останнього часу підштовхують нас до нових цікавих висновків. Вивчення нелінійних класичних і квантових систем виявляє дуже заплутаний вид реальних просторових траєкторій та їх образів у штучно конструйованих вченими просторах.

Ці траєкторії заповнюють свої «території» настільки химерним способом, що часто нагадують малюнки абстрактних художників. Коли ми зустрічаємо такі малюнки в науковій роботі, нам все ясно: ми бачимо якийсь абстрактний текст і шукаємо ключ для його прочитання. Але ж щось подібне відбувається і тоді, коли ми дивимося, скажімо, на полотна Айвазовського, тільки там вже стикаємося з текстом, який вважаємо реалістичним, тому що заздалегідь знаємо ключ до нього.

Напрошується висновок: напевно, і удавана абстрактна картина (живопис, ієрогліфи, математика) також відображає реальний світ, якщо тільки знати потрібний код. Інформацію треба розшифровувати, а вона міститься в парі – текст плюс код. Будь-які спостереження стають інформацією лише в парі з кодом. Так було в класичній науці, так відбувається і в некласичній, квантовій фізиці.

… Чи ускладнилися взаємодії фізиків один з одним? Легше чи важче стало їм розуміти колег? Тут треба почати з питання про кваліфікацію. Зараз у фізиці є два типи робіт, два типи напрямів досліджень. Можна експериментально вивчати вузьке явище, і в останні роки ми отримали досить багато прикладів того, як значні відкриття робилися не тому, що людина знала, де вони її чекають, а від природного бажання сучасного фізика уточнити свої уявлення про це явище. Так було, наприклад, з відкриттям надпровідності. Дуже характерно в цьому відношенні відкриття квантового ефекту Холла, коли автор уточнював вимірювання і несподівано виявив, що чисельні характеристики явища повторюються з вельми високою точністю і що використовуючи цей ефект можна створити дуже хороший еталон електричного опору.

Щоб провести такий дослід, потрібно бути хорошим фахівцем. Але щоб побачити, що в цих результатах криється несподіванка, зрозуміти, що вона суперечить уявленням фізиків на сьогоднішній день або хоча б ставить їх під підозру, коротше, щоб не пройти повз, – потрібно щось більше, потрібна велика фізична культура.

Тому великі відкриття таки робляться людьми, які широко освічені, добре освоїлися в дивному світі сучасної фізики і здатні помітити в своїх експериментах спочатку не дуже великі розбіжності з існуючими поняттями. Проста реєстрація подій приводить звичайно до таблиць, а не до відкриттів.

Число дослідників, які добре вивчають явища, зростає весь час. А ось число людей, які несподівано скрикують від здивування і починають копатися там, де до них ніхто не копався, залишається не дуже великою. Але саме такі люди рухають фізику вперед. Решта, допомагаючи їм, розширюють можливості експерименту, але вони тільки стверджують фундамент, надаючи подальше будівництво тим, хто йде в авангарді…

… Вас, напевно, цікавить ускладнення мови, на якій говорять вчені, пов’язане з все більш витонченим математичним апаратом. Бували часи, коли фізик розумів математика, математик – фізика. Але, скажімо, в минулому столітті фізикам здавалося надзвичайно складним диференціальне числення, особливо векторний аналіз.

Звичайно, і зараз розуміння фізичних теорій доступно небагатьом. Однак, на щастя, з наукою відбуваються дивовижні речі. Наука спрощується, її виклад, коли теорія «дозріває», ведеться зовсім іншим шляхом, ніж у періоди зростання, розвитку. Прориваючись у нові області, люди часто залишають математикам тягар доказів. Однак висновки, отримані ними, часом розвиваються без строгих побудов. Дослідник вчиться міркувати на новій мові, не замислюючись про доказовість. Все відбувається так, як у звичайній мові, – ми користуємося законами логіки і рідко цікавимося, чому наші логічні міркування претендують на правильність.

Історія повторюється. І, я думаю, нинішні «мовні» проблеми не довго будуть перешкодою розумінню фізики. Коли ми нещодавно спостерігали за рухом комети Галлея і апаратів, посланих до неї, то багато черпали інформацію з газет, надбанням яких стали креслення траєкторій перельотів, і вважали, що вони цілком зрозумілі. А чи так давно деталі руху небесних тіл здавалися абстрактними?… Але чи можна в такому випадку говорити сьогодні про те, що фізика залишається єдиною наукою?

Я вважаю, це питання настільки ж неправомочним, як і питання: а що з технікою? Це одна техніка або багато різних технік? Об’єднує чи що-небудь людину, яка створює комп’ютер, з людиною, яка керує автобусом?

У науці завжди існує кілька рівнів. Візьмемо такий приклад. Квантова механіка раніше вважалася законодавицею в мікросвіті, і вона не з’являлася в макроскопічних явищах. І раптом виявилося, що вона «вилазить» у лабораторії, де вивчаються макроскопічні властивості речовин. Ми знаємо тепер, існують об’єкти цілком макроскопічні, але описувані хвильовою функцією. А в самі останні роки в дуже чистих речовинах при низьких температурах проявляються хвильові властивості електронів – зовсім так, як це відомо з досліджень властивостей атома.

Виходить, що упорядкування науки та її розгалуження можна намагатися простежувати по різних лініях. Якщо ви дивитеся в якомусь одному напрямку (скажімо, вишиковуєте об’єкти за розмірами), то будете йти все далі і далі від початку. Існує зовсім інший, так би мовити, поперечний рух, яке пронизує всі напрямки, пройдені на першому рівні, і, слідуючи якому, ви зможете виявити зв’язку між ними.

Ось це взаємопроникнення наук – загальної теорії відносності в космологію, хвильової механіки в пояснення об’ємних властивостей макроскопічних провідників, використання теорії відносності в конструюванні прискорювачів або в розрахунках траєкторій штучних небесних тіл – приклади, дуже характерні для нашого часу. Тому можна образно сказати, що за деякими доріжками фізика розходиться так далеко, що люди, які йдуть за ними, вже давно не бачать один одного, але за іншими напрямами відстань між ними виявляється дуже маленькою. І ті, хто йде «поперек», виявляють надзвичайну схожість між начебто непов’язаними явищами, така схожість, що ці явища майже тотожні з правильної точки зору.

Якщо хочете, це теж урок, але він практично повторює попередні. Тому перервемо наші «заняття» і продовжимо їх пізніше, коли фізика викладе нам, я не сумніваюся, нові дивовижні та змістовні уроки.

Автор: Я. А. Смогородинський.