Основные работы в области методологии науки
ФизикаОткрытия в области физики и применение физических эффектов и моделей в других областях деятельности
X
«В качестве общего правила, от которого, правда, бывают заметные отступления, можно сказать, что всякое большое открытие в физике есть просто решительный момент в процессе постепенно возрастающего понимания, который всякий раз длится около шестидесяти лет.
Тридцать лет проходит обычно между наблюдением загадочного явления и рождением новой идеи, которая может его объяснить. Следующие тридцать лет проходят от момента рождения новой идеи до разработки её основных следствий. Первые тридцать лет, это - время борьбы и поисков решения.
Вторые тридцать - это годы приспособления и усвоения странных поначалу концепций. От открытия Майклом Фарадеем явления электромагнитной индукции до создания теории Максвелла прошло тридцать лет. От теории Максвелла до демонстрации электромагнитных волн Генрихом Герцем или до пупиновских линий передачи прошли следующие тридцать. Потребовалось тридцать лет на то, чтобы от ядра Резерфорда прийти к приблизительному пониманию структуры ядра и механизма ядерных процессов. Понадобилось тридцать лет, чтобы от квантовой механики Гейзенберга прийти к новой теории сверхпроводимости Джона Бардина, хотя почти все физики давно уже были уверены в том, что сверхпроводимость есть просто зримое в крупном масштабе проявление квантовомеха-нических принципов. Но только Бардину удалось это блестяще показать.
В примере с работой Ли и Янга мы можем смотреть только в прошлое, а не в будущее. Тридцать лет назад Энрико Ферми нашёл способ общего описания слабого взаимодействия, приводящего к распаду радиоактивного ядра с испусканием бета-частицы и поставил задачу точного описания таких взаимодействий. Задача оставалась нерешённой в течение тридцати лет, хотя прояснению этого вопроса было посвящено невероятное количество опытов, становившихся год от года все более остроумными и точными. Наконец, затор был прорван благодаря предположению Ли и Янга о том, что нарушение симметрии между левым и правым, может быть, является основной чертой слабых взаимодействий. В течение года после первого экспериментального подтверждения идеи Ли - Янга появился целый поток новых экспериментальных работ - лево-правая асимметрия экспериментально измерялась и проверялась. С помощью этих экспериментов была окончательно решена проблема, поставленная Ферми. Теперь мы знаем, по крайней мере, для бета-распада ядра, что представляют собой слабые взаимодействия. Но каждому ясно, что мы ещё только на полпути. Наличие право-левой асимметрии в слабых взаимодействиях и её отсутствие во взаимодействиях сильных совершенно непонятно в глубоком смысле. Только теперь впервые стало возможно думать о фундаментальных свойствах слабых взаимодействий реалистическим и связным образом. Мы можем уверенно предсказать, что размышления об этом предмете будут продолжаться дальше и не прекратятся до тех пор, пока окончательно не прояснится полный смысл открытия Ли и Янга. Если доверять историческим прецедентам, то эта задача будет нас занимать в течение ближайших тридцати лет или даже дольше.
Я предложил здесь краткий и фрагментарный обзор некоторых главных физических открытий за последние сто лет. Я не хочу переоценивать смысл того сходства и регулярности, которые обнаруживают эти примеры. То, на что мне хотелось обратить внимание, это более медленный и более широкий процесс расширения человеческого понимания, который предваряет каждое значительное открытие и следует за ним. Работа, которая должна быть проделана учёными, большими и малыми, чтобы воспринять и усвоить открытие после того, как оно сделано, так же длинна, так же трудна и так же значительна, как и та работа, которая расчищает и прокладывает путь к рождению этого открытия. Самое лучшее описание всего процесса в целом мы находим в словах сэра Артура Эддингтона, написанных им в 1934 г.: «Когда мы наблюдаем это новое развитие в перспективе, оно выглядит как естественное распускание цветка».
Наконец, что можно сказать о будущем? Можем ли мы предсказать или хоть каким-либо способом предугадать пути будущих открытий? Ответ, конечно, один - нет, разве только в самом неопределенном и гипотетическом смысле. Тем не менее, я рискну высказать наудачу несколько догадок о характере будущего развития.
Обычно придерживаются одной из двух различных точек зрения на современную ситуацию в физике элементарных частиц. Одна из точек зрения, которая может быть названа оптимистической, состоит в том, что в настоящее время мы находимся в положении, сравнимом с положением в 1925 г., когда классическая и атомная физика находились в разительном противоречии. В то время героические интеллектуальные усилия Бора, Крамерса, де Бройля, Шредингера, Дирака и Гейзенберга привели к созданию квантовой механики и к установлению порядка из прежнего хаоса. Оптимистический взгляд состоит в том, что такое созидающее эпоху открытие, которое положит конец всей современной неразберихе в физике элементарных частиц, уже совсем не за горами. Противоположный взгляд часто называют пессимистическим, однако я предпочитаю называть его скептическим, потому что сам его придерживаюсь, а я не согласен считать радость своего участия в делах природы чем-либо меньшим счастья оптимиста. Скептический взгляд предполагает более длинные сроки развития; он отводит более скромное место задачам и возможностям современного поколения физиков и больше верит в глубину неисчерпаемого богатства природы.
Согласно скептической точке зрения наше поколение занимает примерно такое место, как последователи Ньютона в восемнадцатом веке. После того как Ньютон закончил построение динамики, перед его последователями стояли две большие задачи.
Одна задача заключалась в том, чтобы разработать и полностью понять математические следствия идей Ньютона. Эта задача была делом жизни великих математиков восемнадцатого и девятнадцатого столетий: Леонарда Эйлера, Жозе Луи Лагранжа, Пьера Симона де Лапласа, Карла Якоби и Вильяма Роуана Гамильтона. Она была окончена только через сто пятьдесят лет после создания «Principia» Ньютона.
Вторая задача состояла в изучении и приведении в порядок тех физических явлений, которые, как это хорошо было известно самому Ньютону, лежат за пределами его динамики, в особен- ности света, электричества и магнетизма. Эта задача поглощала усилия ведущих физиков в течение примерно двухсот лет после Ньютона и решение её было завершено только работами Майкла Фарадея и Максвелла.
Мне представляется бесспорным, что квантовая механика не могла быть открыта кем бы то ни было, как бы гениален он ни был, до того, как Гамильтон и Максвелл закончили свою работу. И если бы кто-нибудь через тридцать лет после Ньютона сказал: «Совершенно ясно, что нам нужны радикальнейшие открытия в динамике для того, чтобы объяснить поведение света и электричества» и уселся изобретать квантовую механику - он бы только зря потратил время. Без глубокого математического анализа динамики Ньютона, проделанного Гамильтоном, который подсказал математическую форму новой теории, и без детальной максвелловской теории электрических сил, подсказавшей её физическое содержание, никто не мог иметь и малейшего подозрения о том, какого рода открытия и нововведения необходимы.
Мой взгляд, взгляд скептический, состоит в том, что мы так же далеки от понимания природы элементарных частиц, как последователи Ньютона были далеки от квантовой механики. Как и перед ними, перед нами стоят две грандиозные задачи. Одна из них - это изучение и исследование математического содержания существующих теорий. Существующие квантовые теории поля могут быть верными или не верными, но они, несомненно, скрывают математические глубины, которые могут быть измерены лишь гением, подобным гению Эйлера или Гамильтона. Вполне возможно, что нельзя даже подойти к новой теории, пока мы ясно не поняли математической природы старых. Вторая наша задача - исследовать широкий круг физических явлений, которые не принимаются во внимание существующими теориями. Это означает - экспериментальное исследование модной области элементарных частиц, но это значит также и нечто гораздо большее. Среди тех вопросов, которые не входят в круг современных теорий элементарных частиц, особняком стоят гравитация и космология. Эйнштейновская теория гравитации - это выдающееся физическое открытие, которое даже теперь, через сорок лет после своего возникновения, ещё не усвоено в основном русле физики. Космология сейчас большинству физиков, подобно внутреннему строению атома для современников Резерфорда, не представляется серьёзным объектом для размышлений. Вполне вероятно, что удовлетворительная теория элементарных частиц потребует в качестве необходимой составной части описание «граничных условий», которым наша вселенная должна была удовлетворять при своем возникновении. В таком случае мы не можем ожидать никакого окончательного прояснения в физике элементарных частиц, пока путем наблюдений не будет найден ответ на большие и ещё совершенно открытые вопросы космологии.
Итак, я думаю, что важные открытия в физике будут появляться, как это было и в прошлом, с интервалом в двадцать пять - пятьдесят лет. Это примерно тот период времени, который требуется для того, чтобы переварить одно открытие, прежде чем новое может быть установлено. Я думаю, что открытие такой величины, как ньютоновская динамика или квантовая механика, вряд ли будет сделано раньше, чем через ближайшие сто лет. И я думаю, что следующее важное открытие возникнет в течение двадцати пяти лет из гравитационных или астрономических наблюдений, которые окажется возможным осуществить благодаря разработке оборудования для наблюдений в межпланетном пространстве».
Фримен Дайсон, Новаторство в физике в Сб.: Элементарные частицы / Под ред. Б.В. Медведева и Д.В. Ширкова, М., «Главное издательство физико-математической литературы», 1963 г., с. 101-103.
