Тред №298728

Еще немного общих слов о физике. Физики ведь убеждены в справедливости ее основ и основных формул; предполагается, что только какие-то слабые эффекты еще не открыты, а всё то, что уже установлено сейчас, вряд ли будет когда бы то ни было поколеблено. Так, слегка уточнено – подобно тому, как теория относительности и квантовая механика не подвергают сомнению справедливость классической физики для малых скоростей или для макроскопических объектов; различия возникают лишь при скоростях, близких к скорости света или в микромире. Так же, верят физики, будет происходить и в дальнейшем – и теория относительности, и квантовая механика полному пересмотру подвергнуты быть не могут, они могут быть лишь включены в какую-то более общую теорию.

Я же делаю весьма сильное утверждение – что едва ли не вся физика неверна. Не в мелких деталях, при каких-то экзотических условиях (как в момент Большого Взрыва, например), а фундаментально. Не слишком ли это большая наглость, учитывая, что очень многие уравнения физики, постоянные и т.д. измерены с очень большой точностью, не говоря о том, что они постоянно применяются на практике – не только в лабораториях, но и в промышленности и в нашей повседневной жизни (бытовая электроника и пресловутый GPS)? Где здесь вообще место для ошибок?

Давайте разберемся, как вообще устроена физика, на чем она основана и как развивается. Физика как наука, мы узнаем из любого учебника, появилась несколько столетий назад. Великие ученые – Коперник, Кеплер, Галилей, Ньютон и др. – заложили фундамент этой науки. Постепенно открывались все новые законы, уточнялись, появлялись все новые инструменты, совершенствовались измерительные приборы. Открывались все новые явления, детали, строилось все более сложное здание физики; лепота. Все это, конечно, так, все это верно, да. Только с одной стороны. Но есть и другая сторона медали.

Во-первых – основные законы физики были открыты, точнее, угаданы, ее основателями буквально на коленке в то время, когда наука находилась еще в состоянии первобытной дикости, немногим отличающейся от уровня диких племен сельвы Амазонки. Когда б вы знали, из какого сора родилась физика, не ведая стыда… Вот примеры некоторых фундаментальных экспериментов, сыгравших важнейшую роль в развитии теории электричества (см. стр. 66-69 книги Уиттекер Э. История теории эфира и электричества. Классические теории, 2001 - http://rutracker.org…?t=2124068):

В 1745 г. Питер ван Мушенбрук, профессор в Лейдене, придумал знаменитое устройство, позже названное  «лейденской банкой»: он подвесил стеклянную банку с заряженной водой на проволоке  на ружейный ствол, опустив проволоку на несколько дюймов в воду через пробку. Ружейный ствол, подвешенный на шелковых веревках, был так близко от стеклянной банки, что некоторые металлические полоски, вставленные в него, касались движущейся банки. Друг ван Мушенбрука, Кунеус, взявшись одной рукой за банку, в другой – за ружейный ствол, получил сильнейший удар, который подтвердил открытие метода накопления электрической энергии.

Лондонский аптекарь Уильям Уотсон вскоре заметил, что когда опыт проводится таким образом, наблюдатель чувствует удар «только в руках и груди», из чего он сделал вывод, что в процессе разрядки перенос чего-то от ружейного ствола к банке происходит по кратчайшему пути или пути с наилучшей проводимости… В научном труде, прочитанном Лондонскому Королевскому Обществу в октябре 1746 г., он предложил теорию о том, что причиной электрических воздействий является присутствие «электрического эфира», который при заряжении или разряжении лейденской банки переносится, но не создается и не разрушается...

В том же году, когда Уотсон предложил свою теорию, некий доктор Спенс показывал в Бостоне опыьы с электричеством. Среди зрителей был сорокалетний Бенджамин Франклин. Вскоре после этого Library Company в Филадельфии, основанная Франклином, получила от Питера Коллинсона из Лондона стеклянную трубку в подарок с описанием ее использования. В письме Коллинсону 11 июля 1747 г., Франклин описал опыты с этой трубкой и свои выводы.

Если один человек А, стоящий на воске (изолятор), потрет трубку, и если другой человек В, стоящий на воске, проведет пальцем воль трубки, не прикасаясь к ней, то и А, И В смогут передать искру третьему человеку С, стоящему на полу, т.е. они наэлектризуются. Однако, если А и В прикоснутся друг к другу во время трения или после него, то они не будут наэлектризованы. Это наблюдение подсказало Франклину ту же самую гипотезу, которую несколько месяцев назад выдвинул Уотсон (Франклину об этом было неизвестно): электричество – это элемент, определенная доля которого присутствует во всей материи в нормальном состоянии… Электричество не создается при трении стекла, а только переходит к стеклу от того, кто его трет, так что последний теряет ровно столько, сколько приобретает стекло. Общее количество электричества в любой изолированной системе неизменно. Это утверждение известно как принцип сохранения электрического заряда.

И так далее. Что тут можно сказать? И это – наука?!! Хулиганство это какое-то, а не наука, прости Господи. Какие-то банки с ружейными стволами! «Измерительная техника» - сила удара в теле «экспериментатора»! А-ка-де-ми-я наук! пала так низко, что выслушивает доклады какого-то аптекаря! Принцип сохранения электрического заряда был установлен путем трения стеклянной трубки (еще скажите - нефритового стержня) и каких-то трех мужиков, которые трогали друг друга? И – всё?!! Ужос-ужос-ужос; чур меня, чур. Да-а-а; дикари-с.

Вот эти эксперименты лучше всего характеризуют уровень науки и экспериментальной техники середины XVIII века, когда были заложены основы теории электричества. Напомню – законы Ньютона, Гука, принцип Гюйгенса были сформулированы (постулированы, на самом деле) на несколько десятилетий раньше, в конце XVII века; Галилей жил и работал в начале XVII века, а еще раньше физика была вообще безвидна и пуста, и дух Аристотеля носился над умами.

Во-вторых – эти законы, эти гениальные догадки, после некоторого периода критики, проверки, осмысления и применения, стали догмами.  И догмы эти применяются абсолютно так же, как средневековые схоласты применяли Священное Писание и высказывания Отцов Церкви (в конце концов, физика и другие науки возникли именно в Христианской Европе, и христианская методология не могла не оставить своих следов в науке). Откроем любой учебник и посмотрим, как выводятся разные формулы. Типичен следующий метод: описывается некая система, ее элементы и действующие между ними силы. Потом говорится что-то типа: применим второй закон Ньютона, или закон сохранения энергии, импульса, момента вращения, или принцип неопределенности Гейзенберга, или еще какой-то закон. Далее решение ищется таким, чтобы оно удовлетворяло всем этим заранее наложенным ограничениям.

Что здесь неправильного? Сомневаюсь ли я, допустим, в законе сохранения энергии? Нет, не сомневаюсь. Но история науки показывает, что ученые далеко не всегда способны правильно применять этот закон сохранения. Например, ученые XIX века были уверены, что переменный электрический ток нельзя использовать в практических целях, это противоречит закону сохранения энергии: работа может совершаться только тогда, когда ток течет в одном направлении; когда же он течет в обратном направлении, система возвращается в исходное состояние. Они полагали, что это ничем не отличается от вечного двигателя, использующего силу гравитации. Никола Тесла, как известно, показал, что это не так: созданные им электромагнитные генераторы, двигатели и т.д. оказались вполне способными совершать работу. Именно поэтому почти все приборы вокруг нас используют переменный ток, а не постоянный. Другой широко известный пример: ученые-физики XIX века утверждали, что аппараты тяжелее воздуха не могут подняться в небо, опять же из-за закона сохранения энергии. Есть много других примеров того, как ученые говорили, что что-то совершенно невозможно, законы физики запрещают, но это тем не менее стало реальностью.

Методологически же поиск решения путем накладывания запретов (по сути, многие законы – это именно запреты) опасен более всего тем, что физика заранее накладывает на себя шоры и лишает себя возможности обнаружить ошибки в законах, придуманных – угаданных – постулированных в седой древности гениальными дикарями. Надеюсь, понятно, что я не вкладываю никакого уничижительного смысла в выражение «гениальные дикари»; оно характеризует лишь состояние науки в их время, сами же первооткрыватели законов – гении величайшего масштаба, только благодаря которым мы и окружены всеми нынешними «чудесами науки и техники».

В-третьих – если в основах физики есть ошибки, то увидеть их очень трудно именно потому, что это самые основы. Они настолько элементарны, что узнают о них будущие физики еще в школе и потом повторяют их на первом курсе университета. А в это время школьники и студенты, с одной стороны, не настолько самостоятельны и не обладают достаточной наглостью, чтобы посметь усомниться в самих основах физики. С другой стороны – кто им это позволит? Школьные учителя? Профессора, читающие вводный курс физики для первокурсников, станут вдумываться в лепет студента о том, что он обнаружил ошибку в законах Ньютона или Кулона, или, не дай Бог, законе сохранения энергии? Три ха-ха. Умный школьник или студент – это не тот, кто сомневается и переспрашивает по сто раз про элементарные вещи, а тот, кто легко и быстро ими овладевает и умеет их применять для решения задач. Овладев основами, молодой физик уже, вероятно, никогда о них не будет думать. Они уйдут из сознания на уровень рефлексов, подобно таблице умножения. Если какие-то эксперименты обнаружат противоречия существующих теорий, решение будет искаться, как правило, где угодно, но только не в пересмотре основ. Потому что о них даже не вспоминают, не думают. Есть два исключения, когда основы были пересмотрены: теория относительности и квантовая механика. Это был период, когда стало понятно, что в фундаменте физики что-то неладно и построением новых этажей проблему не разрешить. Фундамент был пересмотрен – но заменены были не те кирпичи.

В-четвертых, большинство фундаментальных уравнений физики были получены задолго до изобретения компьютеров. Численное моделирование было невозможно и единственным способом понять и предсказать поведение системы было получение как можно более простых дифференциальных уравнений (часто линейных), которые позволяют аналитическое решение. Как правило, анализ физической модели начинался с каких-то «исходных уравнений», описывающих модель, которые затем подвергались упрощениям, заменам и другим математическим манипуляциям. Результатом всех этих манипуляций были «конечные уравнения», которые, предположительно, и были искомым решением, описывающим поведение системы. Подчеркну, что все эти математические манипуляции были ничем иным, как «мысленными экспериментами». Вообще говоря, они ненадежны, ошибки легко могут быть сделаны (благодаря неправомерным упрощениям и т.п.).

Эти «мысленные эксперименты» (конечные уравнения) проверяются сравнением их предсказаний с результатами «физических экспериментов», результаты которых считаются намного более достоверными, чем предсказания теории (мысленных экспериментов). Однако, часто физический эксперимент не позволяет проверить все детали теории, только некоторые. Например, свет, радиоволны и все электромагнитные процессы происходят слишком быстро, чтобы можно было измерить их промежуточные параметры, только конечные (скажем, интерференционную картину). Если эксперимент противоречит теории, теорию надо менять – но что, если заменили не ту часть теории?

Что до сих пор не было сделано в физике это численное моделирование фундаментальных уравнений физики: «численные эксперименты». Да, конечно, численные эксперименты проводятся физиками все время, но только в ситуациях, когда аналитическое решение невозможно, но что еще более важно – во всех численных экспериментах без исключения используются «конечные уравнения», но никогда – «исходные». То есть сама справедливость этих конечных уравнений никогда не проверялась при помощи численных экспериментов (а ведь они имеют намного большую достоверность, чем мысленные эксперименты). Почему? Просто потому, что никто не сомневается в этих уравнениях, в конце концов, они основы физики. О чем я, собственно? О волновых уравнениях. Об уравнениях электродинамики. Уравнениях акустики и оптики. И многом другом.

В настоящий момент, я даже думаю назвать свою книгу «Численный анализ фундаментальных уравнений физики» и начать изложение своей теории с численного моделирования неких «исходных уравнений», чтобы показать, что оно приводит к совсем другим результатам, чем предсказывают соответствующие «конечные уравнение», присутствующие во всех учебниках физики. А потом уже, якобы ища объяснение этому несоответствию, я и сформулирую, в чем же содержались фундаментальные ошибки, совершенные еще два - два с половиной столетия назад. И выведу свои уравнения – и подтвержу их «численными экспериментами». Это просто способ изложения, который может встретить меньшее неприятие со стороны физиков, уменьшит величину первичного психологического барьера. Возможно. Но если я буду иметь еще и «физические эксперименты» в поддержку, то это, конечно, будет намного более убедительным.