Советы первокурсникам от П.Л. Капицы, страница 3

Отчасти это объясняется тем, что учебникичасто пишутся преподавателями, а не учёными; если учебник пишет учёный, то тогда он обычно уделяет внимание этим вопросам только в тех частях учебника, которые касаются областей,над которыми он сам работал.Когда вы изучаете какой-нибудь отдел физики, на что вам всегда надо обращать внимание?Любое явление в природе — будь то падение тела, разряд в трубке, барометрическое давление— вы можете изучать с точки зрения физики. В основе нашего изучения лежит всегда эксперимент, опыт. Чтобы произвести опыт, нам нужно измерить или наблюдать определённыевеличины. Поэтому надо всегда себе ясно представлять, какие величины наблюдаются. Обычно не так легко найти эти величины.

Если мы наблюдаем совершенно новое явление, то не таклегко сказать, что же именно нам нужно измерять. Вот в механике мы знаем: надо измерятьскорость, ускорение, массу, силу. Но перед тем как найти эти величины, человечество работало много сотен лет! Поэтому отыскание наблюдаемых величин является чрезвычайно важнымфактором научного исследования. Когда мы нашли эти наблюдаемые величины, произвелиизмерения, получили численные соотношения между измеренными величинами, мы находимкакое-нибудь соотношение, которое обычно выражается математической формулой и пытаемсяобобщить это соотношение в виде закона.Дальше идёт проверка этого закона на других случаях.

Для этого обычно применяют математику и стремятся найти другие, новые случаи в природе, где этот закон также проявляется.Если этот закон подтверждается на других опытах, то мы говорим: закон правильный! Если онпротиворечит новым опытам, то говорят: есть противоречия, закон нужно изменить. И законыменяются и становятся такими, что захватывают всё бо́льшую и бо́льшую область явлений,которые они могут описывать.Когда найден закон, его стремятся обобщить, на его основе стараются предсказать неизвестные явления, применить закон к другим явлениям природы. Тогда уже идёт работа путём дедукции.

Стремятся дедуцировать из закона разные следствия. Смотрят, насколько законоправдывается или не оправдывается в жизни, используют его для практических целей, для6расчёта машин, расчёта приборов.При этом часто приходится этот закон экстраполировать за те пределы, в которых он былопытно установлен. Например, мы установили опытные явления для определённых сил поля,определённой силы электрического напряжения, или законы Ньютона для определённого диапазона скоростей — мы их пытаемся применить для ещё бо́льших напряжённостей и скоростей,где мы их ещё не проверили, и предсказать на их основе явления, находящиеся за пределамидиапазона тех величин, по которым эти законы был найдены.Например, законы механики.

Мы сначала нашли эти законы для тел, движущихся на Земле, потом применили их для Солнечной системы, они оказались правильными, а теперь ихстараются применить уже для всей Вселенной. Можно ли эти законы, который мы нашли в лаборатории, применить для всей Вселенной? — оказывается, что данная экстраполяция неверна,потому что между законом и опытом получаются большие противоречия.Есть и другие классические противоречия, например закон тяготения, если его распространить на всю Вселенную, тоже приводит к противоречиям3 , поэтому нужно сделать вывод — илиВселенная не бесконечна, или закон всемирного тяготения Ньютона неправилен. Либо нельзянезаконно экстраполировать законы, которые мы получаем в ограниченных масштабах, на всюВселенную, либо Вселенная не бесконечна — этот вопрос не решён.

Есть попытки ограничитьВселенную, есть попытки изменить закон тяготения, вопрос пока не решён.Таким образом, экстраполяция законов, которые мы получили, должна делаться очень осторожно. Нужно всегда помнить, что всякий закон получен нами на основе опыта, а каждый опытимеет ограниченную точность, проводится в ограниченных масштабах, а закон применяется вмасштабах бо́льших, чем на опыте. Всегда нужно помнить, что такая экстраполяция являетсягипотетической.Такое схематическое описание процесса научного познания (кажущееся немного мёртвым)мы проследим в нашем курсе на ряде конкретных случаев, и вы увидите, что оно повторяетсяпочти во всех областях физики, которые развиваются или которые уже развились.Итак, сперва находится экспериментальный факт — опыт лежит в основе всякого физического исследования. Потом происходит его обработка.

Таким образом, физика как бы делится кадве части — экспериментальную физику и теоретическую, связанную с разработками на основеполученных результатов. Конечно, это деление довольно искусственное. Всякий опыт всегдапредпринимается с известными теоретическими взглядами и всякая теоретическая разработкаиздавна зиждется на определённых опытах. Но так принято, что люди, учёные, которые больше склонны к экспериментальной работе, занимаются этой частью, а другие, больше склонныек математическому мышлению, занимаются теоретической физикой. И только благодаря тому,что разные специалисты занимаются этими разными вопросами, физика разделена на теоретическую и экспериментальную. Это деление искусственное — обе области составляют одно целое.Экспериментатор должен быть теоретиком и всякий теоретик должен быть, до известной степени, экспериментатором.Совершенно неправильно думать, что одной теорией, теоретическим воображением, можнопонять явления в природе. На этот счёт очень хорошо сказал знаменитый английский учёныйКельвин.

Это был один из тех учёных, которые очень широко захватывали физику и работалив самых разнообразных областях физики. Кельвин сделал такие, например, вещи, как главнейшие исследования в термодинамике, в электричестве, он ввёл понятие термодинамическойшкалы абсолютных температур. Будучи блестящим математиком, он сделал целый ряд классических работ в теоретической физике. Но, с другой стороны, он занимался и практическимивопросами.

Так, он прокладывал первый трансатлантический телеграфный кабель и, вместе стем, он занимался и такими вещами, как усовершенствование кухонного водопроводного крана,чтобы, когда наливают воду в кастрюлю, вода бы не плескала в лицо хозяйке (и он разработалэтот кран!).3неопределённость относительных ускорений гравитирующих частиц в бесконечной однородной Вселенной— гравитационный парадокс Зеелигера–Неймана. (Прим.

ред.)7Вот какой широкий диапазон был у этого учёного, который мог от самых тривиальных вопросов практики углубиться до самых отвлечённых вопросов тогдашней теоретической физики!Кельвин так характеризовал роль математики и теоретической работы в физике: он сравнивалэкспериментальные данные с зерном, которое получается на полях экспериментальной физики,а математику — с жёрновами мельницы, которые перемалывают эти зёрна и получается болееудобоваримый продукт — мука.4 Отсюда выходит совершенно ясная картина: если ничего вжёрнова не засыпать, то ничего из них не получишь; жёрнова будут крутиться впустую.Так и математика: вы должны вложить основное, эксперимент, истину, только потом математический аппарат сможет из этого приготовить «вкусное питание», но если вы ничего незаложили в математический аппарат, в «мельницу», вы ничего не получите.

Математика перерабатывает истины, страшно помогает и необходима, но она ничего не создаёт. Это толькоаппарат, перерабатывающий эксперимент.Только если вкладывать вполне определённые экспериментальные данные, экспериментальный результат, математический аппарат, теоретическое мышление может дать вам конкретные,полезные физические результаты.Читая курс физики, я — по характеру своей работы экспериментатор — хотел бы вам рассказать об экспериментальной части физики, т. е. о тех зёрнах, которые кладутся в мельницу,о том, как они произрастали, как они создавались, как они находились. Что же касается ихтеоретической обработки, то эту часть курса взял на себя академик Ландау, который как разв этой области, в основном, и работал.

Таким образом, мне кажется, вы сможете лучше всегоувидеть и освоить те методы, которыми развивается современная физика, и, таким образом,лекции окажут вам наибольшую помощь при вашей работе.Но я бы хотел вас ещё предупредить об одном: чтобы вы не увлекались чересчур ни экспериментом, ни теорией! В первой стадии изучения надо уделять одинаковое внимание и тому, идругому. В дальнейшем у вас ещё найдётся время специализироваться.Выбирая метод восприятия науки, подбирая подходящий учебник, у молодёжи часто бывает склонность увлекаться математикой, математическими вычислениями.

В молодости людивсегда склонны увлекаться теоретическими работами, математикой и думают: если они плоховладеют математическим аппаратом, то из них не выйдет больших, хороших учёных. Частодумают, что не знающий математики — физикой заняться не может, однако, математика естьвесьма подсобный предмет для физики, она очень помогает, но это, во всяком случае, не естьчто-то необходимое. Основное для учёного-физика — это понять явления природы.Мы имеем два замечательнейших примера в истории физики: первый — Фарадей, которыйбыл одним из крупнейших физиков и который совсем не знал математики — это можно проститьтакому великому физику, как Фарадей и я это говорю не для того, чтобы вы не занималисьматематикой, а чтобы не преувеличивали значения математики! Второй пример — Резерфорд,который тоже совершенно не был математиком.