Из старых дискуссий - существуют ли электроны?

Nov 11, 2007 17:52

Поскольку к удаленной дискуссии полуторалетней давности о существовании электронов до сих пор сохраняется интерес, я решил воспроизвести ее основные куски. К сожалению, я не могу воспроизвести всю древесную структуру комментов, и из-за этого пришлось выборосить несколько кусков (чтобы сохранить читаемость). Продолжение следует.



From: a_konst Date: 05/20/2006 03:35:11

Но ведь и электрона никто не видел.

From: sowa Date: 05/20/2006 03:56:52

Так его и нет.

From: a_konst Date: 05/20/2006 04:05:35

как это - множества есть, а электрона нет?? ;)
щас посмотрим что физики скажут.

From: sowa Date: 05/20/2006 15:14:43

Электрон - такая же абстракция, как и какой-нибудь оператор в гильбертовом пространстве. Разница состоит в том, что физики регулярно меняют свои представления, а математики - никогда.

From: flying_bear Date: 05/20/2006 06:52:35

Да, математики любят такие шуточки-дразнилки. Я уже такое слышал (в реале). От Очень Уважаемого Человека (ОУЧ). Спросил у него, что тогда имеется в виду под свойствами (заряд электрона, масса электрона, магнитный момент электрона - все прекрасно меряется) без самого электрона. ОУЧ сказал, что, вон, у Брюсова в "Огненном ангеле" тоже свойства демонов описаны во всех деталях. Я выразил удивление, что для ОУЧа не очевидно существование демонов, и пристыдил за маловерие. Он не нашелся, что ответить. Тем дискуссия и закончилась.

From: sowa Date: 05/20/2006 15:13:11

"Да, математики любят такие шуточки-дразнилки."

Ага. Это не совсем шуточки. Главная трудность - договориться о смысле слова "есть". Электрон - такая же абстракция, как и самосопряженный оператор в гильбертовом пространстве.

Аргументы по аналогии я не принимаю, так что с демонами дело не пройдет. Однажды я спорил на эту тему с друзьями-физиками (в физматшколе). Спор продолжался несколько дней, и начал ходить по кругу. Тогда я предложил четко фиксировать и записывать основные положения, с которыми мои оппоненты уже согласились. После чего спор быстро закончился в мою пользу, хотя я не думаю, что они изменили свои убеждения.

Поскольку это off-topic, мне не хотелось бы повторять эту игру здесь.

From: flying_bear Date: 05/20/2006 15:29:48

Конечно - конечно. Совершенно нет никакой необходимости в чем-то Вас убеждать или переубеждать.

From: marina_p Date: 05/21/2006 03:52:32

"Электрон - такая же абстракция, как и самосопряженный оператор в гильбертовом пространстве"

По-моему, совсем не такая же. Разница -- как между двумя типами аксиом в математике.

From: sowa Date: 05/21/2006 04:46:38

Аналогия хорошая. Электрон не является фундаментальным понятием, как натуральное число или множество. Электрон скорее сродни понятию группы, или :) самосопряженного оператора.

В физике вроде бы совсем нет понятий, аналогичных по статусу понятию числа. Даже смысл такого фундаментального понятия, как время, и то менялся.

From: marina_p Date: 05/21/2006 04:51:21

Я имела в виду, что электрон не определятся как нечто, удовлетворяющее набору свойств-аксиом. Он описывается, так же, как мы описываем понятие множества. Постепенно мы узнаем про него больше, и появляются новые свойства, которые хочется добавить к описанию. Так что мне кажется, что это все же ближе не к самосопряженному оператору, а наоборот.

А вот какой объект в физике может быть аналогом этого самого оператора -- мне в голову не приходит, по причине слабого знания физики... Может быть, такие вещи, как заряд или масса? То есть не объекты.

From: sowa Date: 05/21/2006 05:16:23

На самом деле самосопряженный оператор - это квантово-механическая наблюдаемая. Например, энергия. Заряд, видимо, тоже.

Дело в том, что когда мы узнаем больше, появляется новый электрон, почти не похожий на старый. В математике это напоминает попытки пересмотра оснований в начале прошлого века. Брауэр хотел ввести совсем другие понятия вещественного числа и функции (например, у Брауэра все функции непрерывны), да и всего остального. Но такие идеи в математике не приживаются. Осталось некое маргинальное понятие чисел по Брауэру, которое никому особенно не охота изучать. А понятие электрона примерно в те же годы полностью переменилось.

From: marina_p Date: 05/21/2006 05:20:00

Ой, а как он определял вещественное число?

Мне казалось, что в физике сохраняется преемственность. Просто уточнение постепенное происходит, но в каких-то условиях можно и по-старому представлять. Но это, наверное, лучше у физиков спросить.

From: flying_bear Date: 05/21/2006 05:47:32

Да. Сохраняется. Называется "принцип соответствия" по Бору. Старая теория остается правильной навсегда _в пределах своей области применимости_. Есть масса явлений, в которых электрон _можно_ описывать как классическую частицу.

From: marina_p Date: 05/21/2006 06:22:50

Спасибо.
Я поясню, о каких двух типах аксиом идет речь:

"Аксиомы в математических теориях могут играть двоякую роль. В одних случаях аксиомы полностью характеризуют теорию, т.е. они в каком-то смысле определяют первичные понятия этой теории. Так, например, в теории групп мы определяем группу как множество с операциями, удовлетворяющими аксиомам этой теории. В других случаях аксиомы формализуют только некоторые свойства первичных понятий теории, и тогда их цель не в том, чтобы дать полное описание первичных понятий, а скорее в том, чтобы дать систематизацию интуитивного смысла этих понятий. В настоящей книге мы стоим на второй точке зрения.
Принимая аксиомы I-VII, мы ни в коей мере не утверждаем, что они полностью описывают содержание интуитивного понятия "множество". Напротив, мы знаем примеры интуитивно очевидных теорем, не зависящих от аксиом I-VII." [Куратовский, Мостовский. Теория множеств.]

Интересно ваше мнение: какие понятия в физике соответствуют первому, а какие -- второму типу?

From: flying_bear Date: 05/21/2006 07:06:58

Фундаментальные законы в классической физике, насколько я понимаю, обычно ближе к первому типу. Скажем, второй закон Ньютона - это одновременно _определение_ силы (а содержательное утверждение состоит в том, что закон движения - диф. ур. _второго_ порядка и, следовательно, координаты и скорости можно задавать независимо, а ускорения - уже нельзя). Закон сохранения энергии - это одновременно _определение_ энергии (скажем, пытаются записать закон сохранения в присутствии электромагнитного поля; выясняется, что для сохранения нужно что-то добавить - тогда это что-то и называют энергией поля). Аналогично определяются понятия в термодинамике (энтропия - это то, что возрастает со временем; + свойство экстенсивности). Т.е. физические понятия задаются через какие-то связи и соотношения между ними.

В квантовой механике, пожалуй, не так. Скажем, волновая функция _не_ определяется как то, что удовлетворяет уравнению Шредингера. Я бы сказал, что она вообще никак не определяется :) Впрочем, некоторые (абсолютное меньшинство, но включавшее таких людей как Эйнштейн и Шредингер) считают, что квантовая механика - неполная и неокончательная теория...

Ну, и, конечно, надо иметь в виду, что ни о какой серьезной аксиоматизации в физике речь не идет (за исключением, может быть, классической термодинамики, где Каратеодори и др. разработали аксиоматику вполне математического стиля). Очеь много нестрогих полуэмпирических рецептов и т.п.

From: marina_p Date: 05/21/2006 08:05:56

Да, про первое я так и думала. Это в основном, насколько я понимаю, какие-то характеристики, величины.
А вот "объекты" -- элементарные частицы, например, -- это ближе ко второму типу, да?

From: flying_bear Date: 05/21/2006 09:33:45

Наверно... хотя частицы определяются прежде всего через свойства... и свойства - это именно то, что меряется на эксперименте...

Очень интересный пример - кварки. Они возникли так. Была замечена определенная симметрия (типа таблицы Менделеева) для сильно взаимодейтсвующих элементарных частиц (адронов). Формально эта симметрия описывалась утверждением, что состояния частиц преобразуются по представлениям группы SU(3). Отсюда появились три кварка...

Потом оказалось, что кварки не могут существовать в свободном виде. В то же время, внутри адронов они видны как некие точечные объекты (скажем, прощупываются при рассеянии электронов сверхвысокой энергии). Так вот что это - объект или математичекая конструкция? Я бы сказал, по ответу - объект. Но свойства (причем очень формально введенные) были сначала, а объект в физике возник уже потом.

From: sowa Date: 05/21/2006 17:00:03

И о чем вы со мной пытаетесь спорить? Вы на каждом шагу подтверждаете мою точку зрения: "объект в физике возник уже потом".

Если бы, по вашему собственному мнению, кварки реально существовали, вы бы сказали иначе: "сам объект физики обнаружили позднее".

From: flying_bear Date: 05/21/2006 17:13:28

По моему мнению, кварки реально существуют. Возможно, недопонимание связано с тем, что мы приписываем другу другу не вполне те смыслы слова "существуют".

1. Существует стол (этот, конкретный, на котором стоит мой компьютер).
2. Существуют столЫ.
3. Существуют электроны.
4. Существуют кварки.
5. Существует число "три".
6. Существует число "пи".

Везде слово "существует" употреблено в несколько разном смысле. Но везде, как мне кажется, ему _можно_ придать смысл. Состоит он в том, что все перечисленное - не есть наша произвольная фантазия. Во всем этом есть _необходимость_. Кстати, у электронов - бОльшая, чем у столов. Было время, когда электроны были, а столов не было. И будет время, когда столы исчезнут, а электроны останутся. Числа - тоже, т.к. они для меня существуют _не_ в человеческих головах. Можно назвать это "объективным идеализмом". Вот примерно такая у меня философия.

From: sowa Date: 05/21/2006 17:37:13

Фантазии, безусловно, не произвольны. Они ограничены нашими целями - желанием предсказывать макроскопические явления.

Столы и числа имеют самую высокую степень существования. Я могу непосредствнно наблюдать массу столов. И я могу непосредственно воспринимать число три, и даже число пи. В отличие от столов, числа не существуют в материальном мире. Где они существуют - темный вопрос. Электроны и кварки существуют примерно там же. Это термины некоторых абстрактных теорий.

Кварки, конечно, совершенно скандальная теория, с которой, видимо, и начался процесс превращения физики высоких энергий в раздел математики. Теория, основная задача которой - обосновать ненаблюдаемость постулируемых ей объектов (невылетание кварков).

Я думаю, со временем физики полностью освободяться от того предрассудка, что обсуждаемые ими микроскопические объекты действительно существуют, и будут честно говорить, что представления группы SU(3) или алгебры Вирасоро (т.е Гельфанда-Фукса) хорошо описывают те или иные явление. И не будут фантазировать, что этим представлениям соответствуют какие-то "материальные" объекты.

From: flying_bear Date: 05/21/2006 17:46:15

Подождите. Я что, где-то употребил слово "материальные"? Я тут во многих местах назвал себя идеалистом, платонистом, и т.д., и т.п. Считайте, что электроны "существуют" в том же темном месте, что и числа. Который, в каком-то смысле, более реален, чем мир столов, стульев и кенгуру.

Несуществование и ненаблюдаемость в свободном виде - вещи не тождественные. Говорят о наблюдении кварков _внутри_ протонов и нейтронов - в виде "партонов". Говорят о кварк-глюонной плазме...

From: sowa Date: 05/21/2006 17:52:21

Если вы переносите электроны из "материального мира" в мир чисел, то вы превращаете физику в математику. Тогда будут отдельно "калссические электроны", отдельно "квантово-механические", отдельно "струнные". И вы сможете изучать их абстрактно в рамках этих теорий. Уровень существования каждого из этих электронов будет сравним с уровнем существования числа 3 или стола, но "просто электрона", который стоит за пятнышком, как вы выразились, у вас не будет.

Несуществование и ненаблюдамость вещи не тождественные. Но электроны хоть как-то наблюдаемы, а это уже чистая математика, только неаккуратная пока.

From: flying_bear Date: 05/21/2006 18:07:14

Гм... правда, мы куда-то уперлись... Еще раз - у Вас постоянно идет утверждение, _неправильное с точки зрения физики_. _Нет_ разных понятий классического и квантового электрона. http://flying-bear.livejournal.com/149564.html?thread=1652284#t1652284

From: sowa Date: 05/21/2006 18:10:23

http://sowa.livejournal.com/82636.html?thread=2923724#t2923724 (Мне не удалось сейчас установить, куда именно ведет эта ссылка.)

From: kapahel Date: 05/21/2006 19:30:01

Хороший список, провоцирующий. Мне кажется, я не могу отличить смыслы 3 и 4 друг от друга, а также 5 и 6 тоже друг от друга (вернее сказать, сомневаюсь, что существует отделяющая их друг от друга граница). Более сильное утвердение: объекты в пунктах 2-6 существуют в одном и том же смысле, как лошадность, а первый -- отдельно. Существование столов -- это тоже факт, требующий некоторой теории о столах, разрешающей их наблюдать как самостоятельные феномены. Если я этакий Маугли, я не могу выделить стол из того, что вижу в некотором интерьере. Где разница между столом и электроном?

::И будет время, когда столы исчезнут, а электроны останутся.
Что это значит? Исчезнет каждый конкретный стол?

From: marina_p Date: 05/22/2006 01:47:02

"Что это значит? Исчезнет каждый конкретный стол?"

И каждый конкретный стол, и память о том, что было такое понятие стола (люди-то тоже исчезнут).

From: flying_bear Date: 05/22/2006 04:53:40

"Три" и "четыре" отличаются в том смысле, что, согласно современной физике, электроны "существуют" (что бы это слово ни значило) как свободные частицы, а кварки - только как составные части более сложных объектов. Скажем, рассеяние очень быстрых электронов на протоне показывает, что он - не точечный объект, а мешок, набитый точечными объектами (как семечки в ягоде крыжовника). Эти точки можно отождествить с кварками, но, в отличие от примера с крыжовником, их нельзя извлечь из протона. В этом смысле, это разные существования. Как автономный объект и как часть чего-то.

Смысл 5 и 6 - это (Вы же сами и цитировали) кронекеровское "Бог создал целые числа, все остальное - дело рук человеческих". Пи - число трансцендентное, то есть от целых чисел отстоит куда дальше, чем, скажем, корень из двух. Я не стал уж спрашивать уважаемого sowa, как именно он непосредственно воспринимает число "пи". А надо было бы, вообще-то...

По поводу последнего вопроса... Ну, хорошо. При превращении солнца в красный гигант столы, допустим, можно спасти, перевезя их в другую звезхдную систему. А вот хотел бы я посмотреть, как они переживут распад протона... По современным пресдтавлениям, протоны и нейтроны, входящие в состав столов, вечны не абсолютно, а электроны - абсолютно.

From: kapahel Date: 05/23/2006 08:32:29

Я не согласен в ряде мест, но думаю, что тут стоит поставить точку. Вашу позицию я, кажется, понял, кажется, чуть лучше понял свою. Спасибо вам и sowa за беседу!

science

Previous post Next post
Up