Аркадий Липкин - Концепции современного естествознания. Часть 1. Науки о неживом (физика, химия, синергетика)

Ср. цель Коперника: «… Объяснить ход мировой машины, созданный лучшим и любящим порядок Зодчим» (по [Аршинов, с. 185]).

А. Пуанкаре делил историю «математической физики» (имея в виду посленьютоновскую физику XVIII–XIX вв., активно использовавшую математику) на три этапа: на первом этапе, относимом им к XVIII в., образцом является небесная механика, основанная на законах Ньютона. Здесь теории строятся на основе моделей, состоящих из точечных частиц и сил между ними. Второй этап – физику второй половины XIX в. – Пуанкаре определяет как «физику принципов», когда к природным объектам относятся как к сложным машинам с неизвестным внутренним строением («черным ящиком»). Свое время (конец XIX – начало XX вв.) он оценивал как кризис «физики принципов», за которым должен последовать новый третий этап [Пуанкаре, с. 232 и далее]. Описываемая ниже «теоретическая физика», по-видимому, и является этим ожидавшимся Пуанкаре третьим этапом. Не случайно именно конец XIXв. ознаменован «появлением кафедр теоретической физики» [12, с. 9].

Без математического слоя нельзя овладеть физикой, нельзя в ней работать, но понимание физики связано, в первую очередь, с освоением модельного слоя. Специфика данного курса состоит в том, что в нем вся теоретическая физика спроецирована на модельный слой, благодаря чему убирается сложная математика. Это позволяет на уровне понимания обсуждать очень глубокие проблемы с далекими от математики и физики гуманитариями.

В «Беседах…» Галилея эти два слоя выделяются языком и стилем: математический слой представлен трактатом, написанным на латыни, а модельный – живым диалогом на итальянском.

«Мы хотим каким-то образом говорить о строении атома, а не только о наблюдаемых явлениях, к которым относятся, например, … капли в камере Вильсона», – говорит Гейзенберг [Гейзенберг, 1989, с. 162, 112]. Эти мотивы он развивает в статье «Что такое «понимание» в теоретической физике?» [Гейзенберг, 1971, с. 75–77]. Ссылаясь на пример теории Птолемея с ее высокой «предсказательной ценностью», Гейзенберг подчеркивал, что несмотря на это «большинство физиков согласятся, что лишь после Ньютона удалось добиться «реального понимания» динамики движения планет.

Это фиксирует и Лакатос: «Внимание ученого сосредоточено на конструировании моделей…» [Лакатос, с. 84–85].

В динамике состояние связывается с определенным моментом времени (поэтому время выделено среди других измеримых величин), но это не обязательно. Так стационарные состояния (типа стационарных атомных или планетарных орбит) упорядочиваются с помощью величины энергии и других «интегралов движения» (сохраняющихся при движении величин), в термодинамике аналогичную роль часто играет температура, процесс вообще может сводиться к двум состояниям – начальному и конечному, как при столкновениях.

В конце XIXв. ПИО более ранних разделов физики (классической механики, гидродинамики) были таким же образом переосмыслены в рамках теоретической физики и строго переопределены с использованием неявного типа определения.

Отметим, что в XVII–XVIII вв. новые ЯРН и ПИО рождались из решения конкретных задач (описание падения тела у Галилея, вывод законов Кеплера у Ньютона), а в XIX в. – при наведении порядка среди эмпирических законов (электродинамика).

Исходно Ньютона, как и Галилея, интересовала вполне конкретная задача : построить теорию, из которой бы следовали кеплеровские законы движения планет. Решая ее, он создал свои знаменитые динамику (то, что сейчас принято называть ньютоновской, или классической, механикой) и теорию тяготения.

Характерное свойство волн, независимо от их природы, состоит в том, что в волне осуществляется перенос энергии без переноса вещества (последний может иметь место лишь как побочное явление).

Возможна аннигиляция квантовых частиц в релятивистской квантовой механике, но квантовые частиц, как мы увидим, обладают этими волновыми свойствами.

А не объяснения опытов Майкельсона–Морли, как пишут в некоторых учебниках и популярных книжках.

В учебниках, как правило, mv называют «зависящей от скорости инертной массой» в отличии от m0 (тогда здесь импульс p(v)=mvv). Но последнее время физики склонны считать более физичным называть массой только неизменную характеристику частицы, совпадающую с m0, не вводить особую величину mv и не употреблять индексов [Окунь].