Щодо фізики: Лезо Оккама і Живе Слово

На «НО» інколи виникають спроби обговорень питань, які так або інакше торкаються фізики.

Наскільки я розумію, серед постійних авторів цього ресурсу є кілька осіб, які мають вищу освіту за інженерно-фізичним фахом або закінчили вищі технічні заклади освіти, де так або інакше прослухали загальний курс фізики. Але більшість фізику вивчали тільки у середній школі. Тому вирішив висловити деякі тези стосовно того, чим є сучасна фізика й чим вона, наприклад, принципово відрізняється від сучасної математики.

В математиці із певних положень шляхом низки логічних процедур доводиться або спростовується якесь твердження.

Суттєвим є те, що у математиці будь-яка кількість прикладів на користь якогось твердження не є того твердження доведенням.

Наприклад, те, що прості числа 1, 3, 5, 7, 11, 13, 17, 19, 23, 29, …, 131,…  є непарними, не доводить, що всі непарні числа прості.

У фізиці ситуація принципово інша. Жоден фізичний закон не можна «довести» у математичному сенсі цього слова. Будь-який фізичний закон є узагальненням певної кількості експериментальних даних.

Крім того, фізика має справу не з навколишнім світом, а з його моделями. Найпростіші моделі із курсу фізики середньої школи: матеріальна точка, абсолютно тверде тіло, ідеальний газ. Для любителів поговорити про Всесвіт назву модель, із якою працює сучасна космологія: «однорідний, ізотропний Всесвіт». Саме для цієї моделі має сенс постановка питання про те, як впливає значення густини речовини у Всесвіті на те, стискається Всесвіт чи розширюється.

Звідки й для чого беруться моделі побудови довкілля, тобто фізичні теорії?

До доби Відродження фізики як науки не існувало. Античний світ не знав фізики як науки. Хоча деякі парові іграшки там робили. Наприклад, реактивний возик на колесах, який рухався за рахунок пари, яка викидається із сопла через нагрів води. Але ніхто не робив експериментів з метою перевірки якихось теоретичних міркувань. Наприклад античний світ був переконаний, що для того, щоб тіло рухалося із постійною швидкістю, на нього постійно має впливати якесь інше тіло (сила).

До речі, жоден фізичний експеримент в умовах Землі не зможе не те що довести, а навіть продемонструвати Перший закон Ньютона.

Фізична теорія – це сукупність певних тверджень, які об’єднують у якусь цілісність в межах певної моделі низку експериментальних даних.

Фізична теорія вважається прийнятною та корисною, якщо вона не тільки «пояснює» наявні експериментальні дані, а й може передбачати результати якихось експериментів, які ще ніхто й не думав ставити, або взагалі передбачити існування досі невідомих явищ.

Фізичні теорії бувають двох типів: феноменологічні та теорії, побудовані із так званих «перших принципів».

Феноменологічні теорії – це теорії, які будуються виключно на підставі узагальнення певної кількості експериментальних даних. Найбільш відомою такою теорією є термодинаміка.

Теорії, побудовані із так званих перших принципів, це теорії, які будуються виходячи із постулювання законів збереження певних величин, або наявності певних симетрій.

Наприклад, закон збереження імпульсу в межах класичної механіки випливає із однорідності простору, а закон збереження моменту імпульсу в межах класичної механіки випливає із ізотропії простору. Закон збереження енергії у класичній механіці випливає із однорідності часу.

Розглянемо кілька проблем, які виникають при побудові фізичних теорій.

Добре відомо, що існують теорії газів. У шкільному курсі фізики вивчаються закони ідеального газу. Найбільш близьким до «ідеального» є водень при певних значенням густини та температури. У курсі загальної фізики вивчаються властивості так званого «реального» газу, або газу Ван-дер-Ваальса.

В загальному курсі фізики говориться, що можна побудувати теорію твердого тіла. На певних спеціалізаціях на фізичних факультетах докладно вивчають «теорію твердого тіла».

Але як це не дивно, не існує теорії рідини, й навіть такої простої рідини, як вода.

Справа тут у тому, що при побудові теорій середовищ, які складаються із великої кількості частинок (атомів, молекул) необхідно мати так званий малий параметр, за яким будуть робитися обчислення по теорії збурень.

У випадку газів таким малим параметром є сила взаємодії між молекулами газу. У випадку твердого тіла – постійна тонкої структури 1/137.

У випадку рідини малий параметр відсутній. Тому й не існує теорії води.

Одним із принципів побудов фізичних теорій є так зване лезо Оккама, тобто не треба збільшувати без потреби кількість параметрів та припущень у теорії.

Фізичні теорії відкидаються як помилкові, або застарілі, або стають граничною формою новішої (більш загальної, якщо певні параметри новішої теорії сягають відповідних граничних значень) теорії, коли з’являються експериментальні дані, які наявна теорія пояснити не може. Так класична нерелятивістська (Ньютонівська механіка) є граничною версією квантової механіки, коли стала Планка може вважатися рівною нулю, та спеціальної теорії відносності, коли дріб (v/c, де v – швидкість тіла, а с – швидкість світла) можна вважати рівним нулю.

На початку двадцятого сторіччя більшість вчених вважали, що фізика як наука закінчилася: механіка та класична електродинаміка бачилися довершеними теоріями. Було тільки дві малесенькі хмарки, які не вкладалися у ці теорії: властивості фотоефекту та нескінченність при спробі проінтегрувати енергію випромінювання абсолютно чорного тіла – так звана «ультрафіолетова катастрофа».

Сучасна фізика вельми спеціалізована наука. Щоб вміти розв’язувати задачі сучасної теоретичної фізики, потрібно знати вельми складні математичні методи. При чому ці методи різні у різних галузях теоретичної фізики. Універсалів зараз фактично не існує.

Так видатний математик та фізик-теоретик Микола Миколайович Боголюбов відзначався тим, що часто під фізичну проблему створював відповідну математику. Але він, наприклад, ніколи не займався проблемами Загальної теорії відносності.

Відомий такий випадок. Якось у Московському державному університеті відзначали ювілей академіка Логунова, який був тоді ректором МДУ та багато займався саме задачами із використанням Загальної теорії відносності. Академік М.М. Боголюбов сидів у президії зібрання.

Доповідач, щоб відзначити заслуги ювіляра, спеціально зауважив, що навіть Микола Миколайович не займався цими проблемами. На що Боголюбов, який щось там писав, підніс голову й підтвердив: «Так-так, дійсно, я цим не займався».

Що це означає? Тільки те, що Боголюбов не бачив там задач, які він міг би розв’язувати на своєму рівні, а братися за задачі на рівні кандидатської чи навіть докторської дисертації йому було не цікаво.

Загалом сучасна «традиційна» фізика складна річ, про яку не варто взагалі теревенити невігласам. Передній край сучасної «традиційної» фізики – адронний колайдер у ЦЕРНі. Саме там експериментально перевіряються сучасні теорії релятивістської квантової фізики. Це той випадок, коли принцип Сковороди стосовно потрібного й непотрібного, простого й складного вочевидь не діє.

На жаль, в Україні фізиків, які б просто могли професійно розмовляти з хлопцями з ЦЕРНу, тобто розуміти що вони роблять, не кажучи вже про якісь власні розробки на цю тему, можна порахувати по пальцях однієї руки, ще й залишаться. Один з таких українських фізиків (реально працював у ЦЕРНі) трагічно загинув кілька років тому у Києві. Є міркування, що не випадково.

На жаль, фізика часом привертає увагу відвертих графоманів та психічно хворих людей, які не знають елементарних речей навіть в межах звичайного шкільного курсу фізики. Цьому сприяють засоби масової інформації, які подають у вигляді сенсацій очевидну маячню.

Наведу один приклад із власного досвіду.

Коли я був ще аспірантом другого року навчання, мій науковий керівник передав для ознайомлення та рецензування грубезну (більше чотирьохсот сторінок форматом А 4, точніше зараз вже не пригадаю) машинописну книгу. Цю книгу йому дав ректор університету, бо автор звернувся до місцевого обкому партії із скаргою, що його відкриття ніхто не бажає визнавати, й відділ науки обкому скерував ту книгу до університету із вимогою розібратися.

Книга містила рясне цитування із текстів Ф. Енгельса та В. Леніна. Автор пропонував дивні методи побудови рушіїв, зокрема для літаків. Я те погортав й відклав, бо було очевидно, що автор навіть не підозрює про існування, наприклад, третього закону Ньютона. Так на одній із схем пропонувалося закріпити на валу електричного рушія металевий стрижень (прикріпити одним кінцем перпендикулярно валу рушія – такий собі важіль на валу), увімкнути рушій. На переконання автора така конструкція мала злетіти у повітря. Автор доводив, що використання такого типу рушія дасть величезний економічний ефект для совєтской авіаціі…

Одного квітневого дня у приміщення кафедри теоретичної фізики заходить такий собі огрядний дядько заввишки сантиметрів 185 й прямує до столу завідувача кафедри, мого наукового керівника. Крім мене та професора у кімнаті ще був молодий доцент, назвемо його Ю. Треба зауважити, що і професор і доцент були значно меншого росту - не більше 170 сантиметрів.

Дядько нависає над професором й починає питати потужним басом, як там із відповіддю про його книгу. Шеф встав і каже: «Ви знаєте, мені треба йти на вчену раду університету, он у нас молодий талановитий вчений й показує на Ю. – він Вам все пояснить». І зникає.

Дядько тепер нависає над Ю. Той тихим голосом: «Вибачте у мене лекція, тому я не можу зараз з вами розмовляти, он наш аспірант, саме йому було доручено вивчити Ваш труд». І теж зникає.

Я залишаюся сам на сам із дядьком. Мені було двадцять чотири роки, а дядьку явно за п’ятдесят. Раптом згадав, що вже про нього чув. Свого часу на першому каналі московського телебачення були висилання гумориста Іванова. Так от він якось зачитав телеграму: «Всє закони фізікі нє вєрни». І підпис - прізвище того самого дядька.

От я й питаю: «Це Ви посилали телеграму Іванову на телебачення?» Дядько зрадів і каже: «Я!!!». Таким чином, між нами було встановлено певне порозуміння.

Дядько заходився малювати дивовижні схеми. Але усі мої спроби пояснити йому, що таке третій закон Ньютона й як він реалізуватиметься на його схемах, успіхів не мали. Після тривалих спроб дядька довести мені, що я не розумію елементарних речей у його конструкціях, запропонував йому принести діючий прототип пристрою, який ми покажемо на кафедрі експериментальної фізики. Дядько погодився й пішов, більше його не бачив…

Що там написали в обком - не взнавав, мій шеф нічого у письмовому вигляді з цього приводу не вимагав.

Тепер про «Живе Слово». Як не дивно, я людина із класичною фізичною освітою за спеціалізацією «теоретична фізика», вважаю, що у технологіях на кшталт «Живого Слова» (дивіться також фільм «Секрет») нічого надприродного нема. Справа в тому, що людина переважною мірою складається із води. На сьогодні теорії води не існує. Є тільки розуміння, що вода вельми складна речовина й є велика кількість різних експериментальних даних щодо води.

Про механізми, які реалізуються у мозку людини, також відомо досить мало. Не виключено, що у певних структурах мозку може реалізовуватися надпровідність. Є теоретичні праці, які показують, що в квазіодномірних структурах може мати місце надпровідність при температурах, які має тіло людини. Надпровідність при струмі кілька мікроампер дозволяє створювати відповідні малі магнітні поля.

Тому словесне програмування може впливати на електромагнітний стан мозку людини й відповідно на програмування процесів по всьому тілу людини…