Фейнман - 01. Современная наука о природе. Законы механики (1055659), страница 7
Текст из файла (страница 7)
А наша л|обознательность требует найти в этом простоту, требует, чтобы мы ставили вопросы, пытались ухватить суть вещей и понять нх многоликость как возможный итог действия сравнительно небольшого количества простейших процессов и сил, на все лады сочетающихся ме кду собой. И мы спрашиваем себя: отличается ли песок от камня? Быть мозгует, это всего лшаь мнон|ество камешков? А может, и Луна— огромный камень? Тогда, поняв что такое камни, не поймем ли мы тем самым природу песка и Лупы? А ветер — что это такое? Может, это всплески воздуха, как вон те всплески воды у берега? Что общего между всяким движением? А есть ли что-нибудь общее между й 3.
Квантовая фпапка й 4. Ядра н частицы всевозможными звуками? Сколько получится, если пересчитать все цвета? И так далее и так далее. Вот так мы постепенно пробуем проанализировать все вокруг, связать то, что кажется несвязуемым, в надежде, что удастся уменьшить количество различных явлений и тем самым их лучше понять. Способ получать частичные ответы на подобные вопросы был придуман еще несколько сот лет назад. Наблюдение, разини«ление и опыт — вот что составляет так называемый научный метод. Мы ограничимся здесь только голым описанием фундаментальных идей физики, основ мировоззрения, возникшего в физике от применения научного метода, Что значит «понять» что-либо? Представьте себе, что сложный строй движущихся объектов, который и есть мир,— это что-то вроде гигантских шахмат, в которые играют боги, а мы следим за их игрой.
В чем правила игры, мы незнаем; все, что нам разрешили,— это наблюдать за игрой. Конечно, если посмотреть подольше, то кое-какие правила можно ухватить. Под основными физическими воззрениями, под фундаментальной физикой мы понимаем правила игры. Но, даже зная все правила, мо»кпо ие понять какого-то хода просто из-за его сложности или ограниченности нашего ума. Тот, кто играет в шахматы, знает, что правила выучить легко, а вот понять ход игрока или выбрать наилучший ход порой очень трудно. Ничуть не лучше, а то и хуже обстоит дело в природе.
Не исключено, что в конце концов все правнла будут найдены, но пока отнюдь не все они нам известны. То и дело тебя поджидает рокировка или какой- нибудь другой непонятный ход. Но, помимо того, что мы яе знаем всех правил, лишь очень и очень редко нам удается действительно объяснить что-либо на их основе.
Ведь почти все встречающиеся положения настолько сложны, что нет никакой возможности, заглядывая в правила, проследить за планом игры, а тем более предугадать очередной ход. Приходится поэтому ограничиваться самыми основными правилами. Когда мы разбираемся в них, то уже считаем, что «поняли» мир. Но откуда мы знаем, что те правила, которые мы «ощущаем», справедливы на самом деле? Ведь мы не способны толково разобрать ход игры. Существует, грубо говоря, три способа проверки. Во-первых, мыслимы положения, когда природа устроена (или мы ее устраиваем) весьма просто, всего из нескольких частей; тогда можно точно предсказать все, что случится, проверив тем самым правила.
(В углу доски может оказаться всего несколько фигур, и все их движения легко себе представить.) г'сть и второй довольно неплохой путь проверки правил: надо из этих правил вывести новые, более общие. Скажем, слон ходит только ©о диагонали; значит, сколько бы он ни ходил, он всегда окажется, например, на черном поле. Стало быть, не вникая в детали, наши представления о движении слона всегда можно проверить по тому, остается ли он все время на черном поле. Конечно, не исключено, что внезапно слон очутится на белом поле: после того как его нобили, пешка прошла на последнюю горизонталь и превратилась в белопольного слона. Так же и в фиаике.
Долгое время мы располагаем правилом, которое превосходно работает повсюду, даже когда детали процесса нам неизвестны, и вдруг иногда всплывает новое правило. С точки зрения физических основ самые интересные явления происходят в новых местах, там, где правила пе годятся, а не в тех местах, где они действуют! Так открываются новые правила. Есть н третий способ убедиться, что наши представления об игре правильны; мало оправданный по существу,он, пожалуй, самый мощный из всех способов.
Это путь грубых приближений. Мы можем не знать, почему Алехин пошел именно этой фигурой. Но в общих чертах мы можем понимать, что он, видимо, собирает все фигуры для защиты короля, н сообразить, что в сложившихся обстоятельствах это самое разумное. Точно так же мы часто более или менее понимаем природу, хотя не знаем и не понимаем каждого хода отдельной фигуры.
Когда-то все явления природы грубо делили на классы— теплота, электричество, механика, магнетизм, свойства веществ, химические явления, свет (или оптика), рентгеновские лучи, ядерная физика, тяготение, мезонные явления и т. д. Цель-то, однако, в том, чтобы понять всю природу как разные стороны одной совокупности явлений. В этом задача фундаментальной теоретической физики нынешнего дня: открыть законы, стоящие ва опытом, объединить эти классы.
Исторически всегда рано или поздно удавалось их слить, по проходило время, возникалн новые открытия, и опять вставала задача их включения в общую схему. Однажды уже возникла было слитная картина мира — и вдруг были открыты лучи Рентгена... Со временем произошло новое слияние...
и тут обнаружили существование мезояов. Поэтому на любой стадии игра выглядит беспорядочно, неэаконченно. Многое бывает объяснено с единой точки зрения, но всегда какие-то проволочки и нитки все же болтаются, всегда где-нибудь торчит что-то несуразное. Таково сегодняшнее положение вещей, которое мы попытаемся описать, Вот ваятые из истории примеры слияния. Во-первых, теплоту удалось свести к механике. Чем сильнее двияьение атомов, тем больше запас тепла системы; выходит, что теплота, да и всв температурные эффекты, могут быть поняты с помощью законов механики. Другое величественное объединение было отпраадновано, когда обнаружилась свявь между электричеством, магнетизмом и светом. Окааалось, что это разные стороны одной сущности; сейчас мы называем ее элгктромагнитн м колем. А химические явления, свойства различных веществ и поведение атомных частиц объединились квантовой химией.
Возникает естественный вопрос; будет ли воаможно в конце концов все слить воедино и обнаружить, что весь наш мир есть просто различные стороны какой-то одной вещи3 Этого никто не знает. Мы только знаем, что по мере нашего продвижения вперед то и дело удается что-то с чем-то объединить, а после опять что-то перестает укладываться в общую картину, и мы заново принимаемся раскладывать части головоломки, надеясь сложить нз них что-нибудь целое.
А сколько частей в головоломке, п будет лн у нее край — зто никому не известно. И не будет известно, пока мы не сложим всей картины, если только когданибудь это вообще будет сделано. Здесь мы хотим только показать, насколько далеко зашел процесс слияния, как сегодня обстоит дело с объяснением основных явлений за счет наименьшего количества принципов. Или, выражаясь проще, иг чего все состоит и сколько всего таких элементов? ф 9. Фмятгни до 1сгМгг гади Пам было бы нелегко начать прямо с сегодняшних взглядов. Посмотрим лучше, как выглядел мир примерно в 1920 г., а затем сотрем с этой картины лишнее. До 1920 г, картина была примерно такова. «Сцена», на которой выступает Вселенная, — это трехмерное пространство, описанное еще Квклидом; все изменяется в среде, называемой временем. Элементы, выступающие на сцене,— это частицы, например атомы; они обладают известными свойствами, скажем свойством инерции: когда частица движется в каком-то направлении, то делает она это до тех пор, пока на нее не подействуют силы.
Следовательно, второн элемент — это силы; считалось, что они бывают двух сортов. Первый, чрезвычайно запутанный тип — сила взаимодействия, т. е. сила, скрепляющая атомы в разных их комбинациях; она, например, и решает, быстрее или медленнее начнет растворяться соль при нагревании. Другой же сорт сил — это взаимодействие на далеких расстояниях— притяжение, спокойное и ровное; оно меняется обратно пропорционально квадрату расстояния и именуется тяготением, или гравитацией.
Закон ее иавестени прост. Но почему тела остаются в движении, начав двигаться, или отчего существует закон тяготения — зто было неизвестно. Продоля;аем наше описание природы. С этой точки зрения газ, как, впрочем, и все вещество, это мириады движущихся частиц. Таким образом, многое из увиденного нами на морском берегу теперь запросто увязывается в единое целое. Давление сводится к ударам атомов о стенки; снос атомов (их движение в одну сторону) — это ветер; хаотические внутренние движения — это теплота. Волны — избыток давления, места, где собралось слишком много частиц; разлетаясь, они нагнетают 40 в новых местах такие же скопления частиц; эти волны избытка плотности суть звуки.
Понять все это было немаловажным достижением (кое о чем мы уя;е писали в предыдущей главе). Какие сорта частиц существуют? В то время считалось, что их 92; восемьдесят девять типов атомов были к тому времени открыты. Каждый тиц имел свое название. Дальше возникала проблема: что такое вили блиэкодейетвия, Почему атом углерода притягивает один, в лучшем случае два атома кислорода, но не более? В чем механизм взаимодействия между атомами? Уж не тяготение ли это? Нет.
Оно чересчур слабо для этого. Надо представить себе силу, сходную с тяготением, тоже обратно пропорциональную квадрату расстояния, но несравненно более мощную. У нее есть еще одно отличие. Тяго гение — это всегда притяжение; допустим теперь, что бывают «предметы» двоякого сорта, и эта новая сила (имеется, конечно, в виду элоктрнчество) обладает таким свойством, что одинаковые сорта отталкиваются, а разные притягиваются.
«Предмет», несущий с собой это сильное взаимодействие, называется зарядом. Что же тогда получается? Полон нм, что два различных сорта (плюс и минус) приложены друг к другу вплотную. Третий заряд находится вдалеке. Почувствует ли он притяжение? Практически нет, если первые два одинаковы по величине; притяжение одного и отталкивание другого уравновесятся. Значит, на заметных расстояниях сила незаметна. Но когда третий ааряд приблизится вплотную, то возникнет притяжение: отталкивание однородных зарядов и притяжение разнородных будут стремиться свести ме»кду собой разнородные заряды и удалить друг от друга однородные, В итоге отталкивание окая«ется слабее притяжения. По этой причине атомы, слагающиеся пз положительных и отрицательных зарядов, мало влияют друг иа друга на заметных расстояниях.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
