О квантовой физике, предположениях и лже-теориях
Популяризация науки и изложение всего простым языком - это безусловное благо. Не каждый готов освоить зачастую непростой язык теории, понять науку не на уровне пересказа, а самостоятельно, и всё это - только для общего образования. Однако в современной науке, мне кажется, возникают ситуации, когда без детального и строгого (формального, научного) изучения не поймёшь, в чём метод и проблематика.
Недавно мне довелось учить (я и сейчас ещё должен учить, ибо не сдал пока...) ЕНС (курс естественно-научного содержания) о приложениях дифференциальной геометрии к квантовой физике - Шафаревич, квантовые методы, кто в курсе дела. В курсе было больше дифгеома, чем квантов, но квантовая теория (самые основы) были изложены. Всё это производит очень странное впечатление. Я думаю, мои читатели в курсе основных тезисов квантовой теории, таких как дискретность энергии, излучение квантами, дуализм частицы и волны, невозможность точно определить местонахождение элементарной частицы, туннельный эффект и т.д. Когда-то, совсем в ещё юном возрасте, в 7 классе, я старался уложить это в голову (конференция Origins), и воспринимал это как Незыблемые Законы Мироздания. То есть Земля вертится вокруг Солнца, угол падения равен углу отражения, а электрон принципиально не находится в конкретной точке пространства.
Изучив всё то же самое с математической точки зрения, я понял, что никакой фундаментальностью тут не пахнет. Если к вопросу создания квантовой теории подойти скептически, то любой нормальный физик поставил бы за это творение двойку и выгнал бы создателя. Основы квантовой теории целиком, математической подгонкой созданы, чтобы оправдать несколько непонятных экспериментов. Они не следуют из наблюдений, классическая схема, о которой с таким пиететом рассказывал мой учитель физики в 7 классе (эксперимент - гипотеза - теория), не работает. Представьте себе человека, который в разговоре с вами противоречит сам себе, а потом, когда вы указываете ему на это, срочно придумывает нелепое оправдание, которое снимает противоречие только лишь условно. Неубедительно? Знакомьтесь, перед вами физик, излагающий квантовую теорию.
Основы квантовой теории так и не были подтверждены. Да и невозможно подтвердить экспериментально чисто математическое, абсолютно формальное предположение: каждый объект рассматривается одновременно как функция (волна) и число (координата в пространстве). Каким прибором вы будете ловить функцию? Вместо этого физики используют изящную фразу: в квантовой физике не было найдено противоречий. Звучит веско? :)
Есть ещё одна вещь, не менее безумная. Все, кто изучал физику, помнят о физических предположения. Вакуум, отсутствие трения... Эти предположения позволяют упростить модель и вывести классические общие законы; реальность будет "стремиться" к ним, разумеется, останется погрешность. В квантовой теории тоже есть свои предположения и упрощения. Математический аппарат квантовой теории чудовищно сложен, мы очень быстро (в общем случае) приходим к дифференциальным операторным уравнениям ололо порядка, в общем, это неразрешимо современной наукой о дифференциальных уравнениях. Рассматриваются предположения... Например, квантовые осцилляторы рассматриваются только такие, у которых функция от импульса является полиномом. Вам необязательно понимать, о чём речь, чтобы задать крамольный вопрос: какой физический смысл имеет полинимиальность по импульсу? Ещё математический смысл в это можно вложить (например, известная теорема Тэйлора говорит о том, что любая достаточно хорошая функция локально представима многочленом с хорошей точностью). Но за какую физическую характеристику отвечает это предположение? Боюсь, нет такой.
То есть, ещё раз: квантовая теория совмещает в себе взятые с неба невероятные непроверяемые предположения и чисто формальный, математический подход к изучению. Логика изучаемого диктуется математическим аппаратом, а не окружающей реальностью. Физики лишились одновременно главного инструмента познания и интуитивно близкого способа рассуждать.
Есть и чисто физические проблемы квантовой теории, например, отсутствие теории, связывающей её с общей теорией относительности (в которой противоречий тоже не найдено, ага). Тут я точно ничего сказать не могу, потому что ОТО не знаю совсем.
Мне кажется, именно в этой неустойчивости и заключается первопричина трёх ярких тенденций современности:
1) Попытка найти теорию всего. Она бы не избавила физиков от искусственности их построений, но хотя бы дала единую картину мира. Если посмотреть на историю физики, то "теория всего" это философский камень этой науки: сначала существовала механистическая картина Лапласа-Декарта на законах Ньютона и Галилея, потом - электромагнитная на уравнениях Максвелла; обе теории претендовали на то, что готовы описать в общих чертах любой процесс в природе.
2) Бредовые попытки найти теорию всего, желательно так, чтобы опровергнуть всё и вся до этого. ПОнятное дело, зачем всё опровергать - для большей г'еволюционности.
3) Жёсткая реакция многих физиков на пункт 2). Она связана... с беспомощностью. Раньше в ответ на бредотеорию был один вопрос, он же ответ: "Где экспериментальное подтверждение?" Теперь этот аргумент не заработает, и, как это ни ужасно для физиков, они теперь в одной лодке с гуманитариями, которые с гневом набросились на Фоменко, но не имеют железобетонных опровержений (впрочем, их и так практически нет в гуманитарных науках). Не имея чётких опровержений, физики тупо давят числом и авторитетом. Да, теперь авторитет в физике - важная вещь.
P. S. Всё это - моё личное мнение. Не стоит это считать даже 100% правдой, я наверняка чего-то не понял.
UPD Мой одноклассник-физик со мной не согласен, в частности, утверждает, что проверка эксперимент-гипотеза-теория квантовой теории осуществима. Возникло предположение, что и теория классической физики всего лишь удобный инструмент для объяснения сущего, та же математическая подгонка. Интуитивно я с ним не согласен, но на интуицию при изучении наследия 20 века лучше не опираться.
Недавно мне довелось учить (я и сейчас ещё должен учить, ибо не сдал пока...) ЕНС (курс естественно-научного содержания) о приложениях дифференциальной геометрии к квантовой физике - Шафаревич, квантовые методы, кто в курсе дела. В курсе было больше дифгеома, чем квантов, но квантовая теория (самые основы) были изложены. Всё это производит очень странное впечатление. Я думаю, мои читатели в курсе основных тезисов квантовой теории, таких как дискретность энергии, излучение квантами, дуализм частицы и волны, невозможность точно определить местонахождение элементарной частицы, туннельный эффект и т.д. Когда-то, совсем в ещё юном возрасте, в 7 классе, я старался уложить это в голову (конференция Origins), и воспринимал это как Незыблемые Законы Мироздания. То есть Земля вертится вокруг Солнца, угол падения равен углу отражения, а электрон принципиально не находится в конкретной точке пространства.
Изучив всё то же самое с математической точки зрения, я понял, что никакой фундаментальностью тут не пахнет. Если к вопросу создания квантовой теории подойти скептически, то любой нормальный физик поставил бы за это творение двойку и выгнал бы создателя. Основы квантовой теории целиком, математической подгонкой созданы, чтобы оправдать несколько непонятных экспериментов. Они не следуют из наблюдений, классическая схема, о которой с таким пиететом рассказывал мой учитель физики в 7 классе (эксперимент - гипотеза - теория), не работает. Представьте себе человека, который в разговоре с вами противоречит сам себе, а потом, когда вы указываете ему на это, срочно придумывает нелепое оправдание, которое снимает противоречие только лишь условно. Неубедительно? Знакомьтесь, перед вами физик, излагающий квантовую теорию.
Основы квантовой теории так и не были подтверждены. Да и невозможно подтвердить экспериментально чисто математическое, абсолютно формальное предположение: каждый объект рассматривается одновременно как функция (волна) и число (координата в пространстве). Каким прибором вы будете ловить функцию? Вместо этого физики используют изящную фразу: в квантовой физике не было найдено противоречий. Звучит веско? :)
Есть ещё одна вещь, не менее безумная. Все, кто изучал физику, помнят о физических предположения. Вакуум, отсутствие трения... Эти предположения позволяют упростить модель и вывести классические общие законы; реальность будет "стремиться" к ним, разумеется, останется погрешность. В квантовой теории тоже есть свои предположения и упрощения. Математический аппарат квантовой теории чудовищно сложен, мы очень быстро (в общем случае) приходим к дифференциальным операторным уравнениям ололо порядка, в общем, это неразрешимо современной наукой о дифференциальных уравнениях. Рассматриваются предположения... Например, квантовые осцилляторы рассматриваются только такие, у которых функция от импульса является полиномом. Вам необязательно понимать, о чём речь, чтобы задать крамольный вопрос: какой физический смысл имеет полинимиальность по импульсу? Ещё математический смысл в это можно вложить (например, известная теорема Тэйлора говорит о том, что любая достаточно хорошая функция локально представима многочленом с хорошей точностью). Но за какую физическую характеристику отвечает это предположение? Боюсь, нет такой.
То есть, ещё раз: квантовая теория совмещает в себе взятые с неба невероятные непроверяемые предположения и чисто формальный, математический подход к изучению. Логика изучаемого диктуется математическим аппаратом, а не окружающей реальностью. Физики лишились одновременно главного инструмента познания и интуитивно близкого способа рассуждать.
Есть и чисто физические проблемы квантовой теории, например, отсутствие теории, связывающей её с общей теорией относительности (в которой противоречий тоже не найдено, ага). Тут я точно ничего сказать не могу, потому что ОТО не знаю совсем.
Мне кажется, именно в этой неустойчивости и заключается первопричина трёх ярких тенденций современности:
1) Попытка найти теорию всего. Она бы не избавила физиков от искусственности их построений, но хотя бы дала единую картину мира. Если посмотреть на историю физики, то "теория всего" это философский камень этой науки: сначала существовала механистическая картина Лапласа-Декарта на законах Ньютона и Галилея, потом - электромагнитная на уравнениях Максвелла; обе теории претендовали на то, что готовы описать в общих чертах любой процесс в природе.
2) Бредовые попытки найти теорию всего, желательно так, чтобы опровергнуть всё и вся до этого. ПОнятное дело, зачем всё опровергать - для большей г'еволюционности.
3) Жёсткая реакция многих физиков на пункт 2). Она связана... с беспомощностью. Раньше в ответ на бредотеорию был один вопрос, он же ответ: "Где экспериментальное подтверждение?" Теперь этот аргумент не заработает, и, как это ни ужасно для физиков, они теперь в одной лодке с гуманитариями, которые с гневом набросились на Фоменко, но не имеют железобетонных опровержений (впрочем, их и так практически нет в гуманитарных науках). Не имея чётких опровержений, физики тупо давят числом и авторитетом. Да, теперь авторитет в физике - важная вещь.
P. S. Всё это - моё личное мнение. Не стоит это считать даже 100% правдой, я наверняка чего-то не понял.
UPD Мой одноклассник-физик со мной не согласен, в частности, утверждает, что проверка эксперимент-гипотеза-теория квантовой теории осуществима. Возникло предположение, что и теория классической физики всего лишь удобный инструмент для объяснения сущего, та же математическая подгонка. Интуитивно я с ним не согласен, но на интуицию при изучении наследия 20 века лучше не опираться.