Характер физических законов на пальцах™ - (1/3) - В поисках абсолюта
Давно собирался написать пост по разбору сути квантовой механики на пальцах™. Даже обещал. Но получившийся текст оказался немалым трактатом, от чего было принято решение разбить его на три более-менее независимые части. Данный пост - первая из них, здесь лишь завязка и общие рассуждения, обязательные к прочтению только если вы "полный гуманитарий". В любом случае советую ознакомиться с ней каждому, ибо по большому счету разговор пойдет даже не о квантовой механике как таковой, а ровно о том, что вынесено в заголовок поста - очень хотелось бы разобраться, что же определяет характер физических законов нашего мира (привет всем узнавшим отсылку!), в чем фундаментальная сермяжная правда Вселенной и как, если это возможно, все-таки ухватить природу за хвост. Если вы со Вселенной на "Эй, ты!", можете переходить ко второй части, где происходит развитие темы и даются намеки на ее кульминацию, или даже сразу к третьей, крутым нырком в апогей и далее к морали.
Но я все же рекомендую потерпеть, прочувствовать и пережить все повествование от начала до конца. Ведь логически и сюжетно все выстроено по порядку, да и вообще - не зря же старался...
Начнем.
Все мы когда-то учились в школе (очень надеюсь, что это так) и, наверняка, у каждого из памяти невольными занозами торчат осколки научной мысли, словно булавки из набитой соломой и сеном головы Страшилы. Если вы задумаетесь и повспоминаете немного, скорее всего эти разрозненные куски знаний об окружающем мире будут проплывать перед глазами в виде так называемых законов природы.
Ну, помните? Закон Архимеда - все тела, погруженные в жидкость рано или поздно всплывают, закон Ньютона - все тела притягиваются друг к другу, закон Ома - чем больше напряжения, тем меньше сопротивления, закон Бойля-Мариотта -... э-э... закон Бойля-Мариотта... ну... э-э-э... там чего-то температура газа куда-то повышается, если давление при этом понижается... или это уже закон гея Люссака... что-то из этой области вроде бы... Короче много, много знаний о природе вещей разной степени тяжести оставила нам в памяти родная школа и спасибо ей за это.
Если не лезть глубоко в дебри, основная мысль, которую большинство вынесло со школьной скамьи и продолжает нести всю оставшуюся жизнь - мир вокруг словно часовой механизм, работает и подчиняется определенному набору законов, которые седые и бородатые дядьки (кстати, вы заметили, что почти все ученые - седые и бородатые черно-белые дядьки?) открыли и назвали своими именами.
И что характерно, так оно и есть в общем-то. Никто не знает почему, но окружающая реальность при всем своем многообразии и великолепии, похоже имеет какую-то внутреннюю логику, которой неукоснительно следует. И если мы, человеки, сможем понять и формализировать эту логику, мы сможем предсказывать поведение Вселенной, а, значит, в какой-то мере управлять ею, подчинив своей воле.
Поначалу люди описывали эти законы в духе древнегреческих поэм - "на тело, погруженное в жидкость, действует выталкивающая сила, самим Зевсом-громовержцем благословленная...", но потом чутка попустились, поняли, что пределом формализованной логики является математика, и постепенно перешли на сугубо формальную (в смысле формульную) запись физических принципов - F = ma, E = mc2, S = k log W и так далее.
Одним из первых, а точнее самым первым, кто поженил физику и математику, оказался Исаак Ньютон, отец всей современной науки. До него и физики, как таковой, не существовало. Раздел науки, занимающийся описанием окружающей действительности, назвался натуральная философия. Вроде бы все та же философия (все эти пространные рассуждения о смысле жизни и бренности бытия), но сфокусированная, внатуре - в натуре, т.е. в природе.
Его монументальный манускрипт "Математические начала натуральной философии" считается первым истинно научным трудом, после которого появилась современная наука физика, какой мы ее (хотелось бы) знаем и любим.
Заложив основы новой науки, Ньютон выстроил ее на железобетонном (нет, еще прочней, алмазном... нет, еще лучше графеновом) фундаменте - Вселенная есть часовой механизм, а законы физики лишь описывают конфигурацию ее шестеренок. Зная точную формулу можно рассчитать и абсолютно точно предсказать любой аспект, любой процесс, любое явление в природе.
Конечно, все прекрасно понимают, что мир вокруг далек от сферического коня в вакууме. На любое тело одновременно действуют все известные и, что самое обидное, все неизвестные законы физики, причем все сразу. Нельзя сказать - я подкинул вверх яблоко и, зная закон гравитации Ньютона могу абсолютно точно рассчитать, где оно окажется через 18 секунд после броска. Ведь кроме силы гравитации Земли на яблоко действуют и другие силы, например, сила сопротивления воздуха, что сильно ухудшает точность расчетов. Также, если дело происходит днем, и яблоко ярко освещено лучами Солнца (кстати, тоже оказывающими давление света), эти лучи выбивают электроны из кожуры, наделяя яблоко положительным зарядом, отчего оно тут же начинает притягиваться (или отталкиваться) ко всем электрически заряженным предметам во Вселенной. Кстати, да, воздух же! Он не только сопротивление оказывает, он еще и выталкивает яблоко немного вверх, по упомянутому закону Архимеда, причем в зависимости от высоты над поверхностью Земли, делает это по-разному... И так далее, и тому подобное.
Но ученые не дураки, %username%! Они знают, что всеми этими ничтожными поправками можно или пренебречь, или же поставить опыт в таких условиях, где влияние посторонних факторов сведено к минимуму. Например, чтобы не мешал воздух, будемте подбрасывать яблоки в вакууме, чтобы не мешал солнечный свет - станемте проводить опыты в темноте. А чтобы электромагнитные силы не влияли, давайте подбрасывать не яблоки, а, скажем, нейтроны. Природа сложнее и умнее человека, но человек таки похитрее природы. Казалось бы, всегда можно найти какую-то уловку, чтобы обмануть природу, нивелировать все мешающие факторы, загнав тем самым природу в тупик и поставив перед фактом абсолютного закона. (ага, сейчас, размечтались... но об этом позже.)
Главным препятствием на пути нахождения абсолютно простых законов всегда стояла внутренняя структура предмета, над которым ученые проводили свои бесчеловечные опыты. Если мы продолжаем подбрасывать яблоки, одно из них может внезапно сгнить прямо в процессе полета. Изменив свой химический состав, яблоко изменит и физические характеристики (например плотность), что тоже может оказать влияние на результаты эксперимента.
Ученые догадались, чем более простыми по внутренней структуре и форме (не зря конь в вакууме - сферический) окажутся "подбрасываемые" предметы, тем более простыми будут факторы на них влияющие, а, значит, и законы можно будет формулировать в наиболее простом и лаконичном виде.
Так началась, точнее продолжилась, но уже вооруженная научным математическим формализмом гонка в поисках самого простого вещества, самой простой формы и самого простого (т.е. маленького) размера. Ведь чем ближе к истинно простой, прямо сказать элементарно простой, иначе говоря - элементарной частице, тем проще будет ее поведение, и элементарней и главное абсолютней окажутся законы, описывающие ее поведение! (ага, сейчас, размечтались... - два, или размечтались возвращается!).
Триста лет после Ньютона ученые жили этой идеей, покуда не наступил двадцатый век, перевернувший все принципы элементарности с ног на голову.
Первую свинью мировой классической науке подложил всем известный мальчик, и звали этого мальчика... вы уже, наверное, догадались как.
NB! Не забываем, что у нас тут объяснение на пальцах™, не будем ковырять слишком глубоко и вспоминать совокупный вклад в дело подкладки свиньи таких ученых как Пуанкаре, Мах, Лоренц, Больцман и т.д. Отметим, что любой ученый всегда стоит на плечах гигантов, ровно до тех пор, покуда другие ученые сами не полезут ему на плечи, а то и вовсе на голову сядут.
Альберт Эйнштейн (а это был именно он) сказал - "все в мире относительно..." Ладно, ладно, не говорил он такого! Он заявил, что у каждого наблюдателя своя система отсчета, свой личный мирок со своим внутренним временем и пространством. Согласно выводам Эйнштейна в огороде получается бузина, а в Киеве, что характерно, дядька. Если учитывать, что огород движется мимо Киева и дядьки с равномерным ускорением.
Мировая наука споткнулась об эту свинью, да так, что поломала левую ногу и дальше двигалась уже прихрамывая. Эйнштейн ужаснулся собственным деяниям и тут же стал оправдываться - Нет, вы не подумайте ничего плохого! То, что теперь у каждого наблюдателя свой относительный мирок, не делает законы этого тесного мирка менее абсолютными! Если мы забудем про Киев и дядьку и сосредоточимся только лишь на огороде, в нем продолжат действовать все те же абсолютные и незыблемые законы мироздания. Они могут показаться не такими уж и абсолютными относительно Киева, но если оставаться в пределах огородного забора, яблоки с деревьев продолжат падать все так же неумолимо и абсолютно. Если ты уронишь одно яблоко, потом второе, а потом стотысячное - все они будут падать абсолютно одинаково, по одному и тому же закону, по одной и той же траектории. Если мы исключим все нелепые случайности вроде сопротивления воздуха и т.д., процесс падения сферического яблока в сферическом вакууме продолжит описываться сферическим и оттого абсолютно точным законом. В конце концов, Бог не фраер, и в кости не играет. (ага, сейчас, размеч... ну, я думаю, вы уже в курсе).
Однако нашлись люди, которые умудрились поломать науке и вторую ногу, навсегда лишив ее возможности твердо и уверенно ступать вперед. Дальше пришлось развиваться ползком или короткими шатающимся перебежками. Ученым, добившим классическую стройную и понятную науку, оказался Нильс Бор, начавший с Эйнштейном непримиримую войну между "добром и более другим добром" (перейти ко второй части)".
P.S. Нахожусь в некотором затруднении. Данный пост (все три) писался не для размещения в ЖЖ, а для другого сайта. Там мне с художественным оформлением помогали ребята из дизайн-студии www.cloudcastlegroup.ru. Но и в личном блоге я просто обязан привести данную ссылку, не в качетсве рекламы, а в качестве указания авторства. Вся визуальная составляющая их, текстовое наполнение - мое.
Но я все же рекомендую потерпеть, прочувствовать и пережить все повествование от начала до конца. Ведь логически и сюжетно все выстроено по порядку, да и вообще - не зря же старался...
Начнем.
Все мы когда-то учились в школе (очень надеюсь, что это так) и, наверняка, у каждого из памяти невольными занозами торчат осколки научной мысли, словно булавки из набитой соломой и сеном головы Страшилы. Если вы задумаетесь и повспоминаете немного, скорее всего эти разрозненные куски знаний об окружающем мире будут проплывать перед глазами в виде так называемых законов природы.
Ну, помните? Закон Архимеда - все тела, погруженные в жидкость рано или поздно всплывают, закон Ньютона - все тела притягиваются друг к другу, закон Ома - чем больше напряжения, тем меньше сопротивления, закон Бойля-Мариотта -... э-э... закон Бойля-Мариотта... ну... э-э-э... там чего-то температура газа куда-то повышается, если давление при этом понижается... или это уже закон гея Люссака... что-то из этой области вроде бы... Короче много, много знаний о природе вещей разной степени тяжести оставила нам в памяти родная школа и спасибо ей за это.
Если не лезть глубоко в дебри, основная мысль, которую большинство вынесло со школьной скамьи и продолжает нести всю оставшуюся жизнь - мир вокруг словно часовой механизм, работает и подчиняется определенному набору законов, которые седые и бородатые дядьки (кстати, вы заметили, что почти все ученые - седые и бородатые черно-белые дядьки?) открыли и назвали своими именами.
И что характерно, так оно и есть в общем-то. Никто не знает почему, но окружающая реальность при всем своем многообразии и великолепии, похоже имеет какую-то внутреннюю логику, которой неукоснительно следует. И если мы, человеки, сможем понять и формализировать эту логику, мы сможем предсказывать поведение Вселенной, а, значит, в какой-то мере управлять ею, подчинив своей воле.
Поначалу люди описывали эти законы в духе древнегреческих поэм - "на тело, погруженное в жидкость, действует выталкивающая сила, самим Зевсом-громовержцем благословленная...", но потом чутка попустились, поняли, что пределом формализованной логики является математика, и постепенно перешли на сугубо формальную (в смысле формульную) запись физических принципов - F = ma, E = mc2, S = k log W и так далее.
Одним из первых, а точнее самым первым, кто поженил физику и математику, оказался Исаак Ньютон, отец всей современной науки. До него и физики, как таковой, не существовало. Раздел науки, занимающийся описанием окружающей действительности, назвался натуральная философия. Вроде бы все та же философия (все эти пространные рассуждения о смысле жизни и бренности бытия), но сфокусированная, внатуре - в натуре, т.е. в природе.
Его монументальный манускрипт "Математические начала натуральной философии" считается первым истинно научным трудом, после которого появилась современная наука физика, какой мы ее (хотелось бы) знаем и любим.
Заложив основы новой науки, Ньютон выстроил ее на железобетонном (нет, еще прочней, алмазном... нет, еще лучше графеновом) фундаменте - Вселенная есть часовой механизм, а законы физики лишь описывают конфигурацию ее шестеренок. Зная точную формулу можно рассчитать и абсолютно точно предсказать любой аспект, любой процесс, любое явление в природе.
Конечно, все прекрасно понимают, что мир вокруг далек от сферического коня в вакууме. На любое тело одновременно действуют все известные и, что самое обидное, все неизвестные законы физики, причем все сразу. Нельзя сказать - я подкинул вверх яблоко и, зная закон гравитации Ньютона могу абсолютно точно рассчитать, где оно окажется через 18 секунд после броска. Ведь кроме силы гравитации Земли на яблоко действуют и другие силы, например, сила сопротивления воздуха, что сильно ухудшает точность расчетов. Также, если дело происходит днем, и яблоко ярко освещено лучами Солнца (кстати, тоже оказывающими давление света), эти лучи выбивают электроны из кожуры, наделяя яблоко положительным зарядом, отчего оно тут же начинает притягиваться (или отталкиваться) ко всем электрически заряженным предметам во Вселенной. Кстати, да, воздух же! Он не только сопротивление оказывает, он еще и выталкивает яблоко немного вверх, по упомянутому закону Архимеда, причем в зависимости от высоты над поверхностью Земли, делает это по-разному... И так далее, и тому подобное.
Но ученые не дураки, %username%! Они знают, что всеми этими ничтожными поправками можно или пренебречь, или же поставить опыт в таких условиях, где влияние посторонних факторов сведено к минимуму. Например, чтобы не мешал воздух, будемте подбрасывать яблоки в вакууме, чтобы не мешал солнечный свет - станемте проводить опыты в темноте. А чтобы электромагнитные силы не влияли, давайте подбрасывать не яблоки, а, скажем, нейтроны. Природа сложнее и умнее человека, но человек таки похитрее природы. Казалось бы, всегда можно найти какую-то уловку, чтобы обмануть природу, нивелировать все мешающие факторы, загнав тем самым природу в тупик и поставив перед фактом абсолютного закона. (ага, сейчас, размечтались... но об этом позже.)
Главным препятствием на пути нахождения абсолютно простых законов всегда стояла внутренняя структура предмета, над которым ученые проводили свои бесчеловечные опыты. Если мы продолжаем подбрасывать яблоки, одно из них может внезапно сгнить прямо в процессе полета. Изменив свой химический состав, яблоко изменит и физические характеристики (например плотность), что тоже может оказать влияние на результаты эксперимента.
Ученые догадались, чем более простыми по внутренней структуре и форме (не зря конь в вакууме - сферический) окажутся "подбрасываемые" предметы, тем более простыми будут факторы на них влияющие, а, значит, и законы можно будет формулировать в наиболее простом и лаконичном виде.
Так началась, точнее продолжилась, но уже вооруженная научным математическим формализмом гонка в поисках самого простого вещества, самой простой формы и самого простого (т.е. маленького) размера. Ведь чем ближе к истинно простой, прямо сказать элементарно простой, иначе говоря - элементарной частице, тем проще будет ее поведение, и элементарней и главное абсолютней окажутся законы, описывающие ее поведение! (ага, сейчас, размечтались... - два, или размечтались возвращается!).
Триста лет после Ньютона ученые жили этой идеей, покуда не наступил двадцатый век, перевернувший все принципы элементарности с ног на голову.
Первую свинью мировой классической науке подложил всем известный мальчик, и звали этого мальчика... вы уже, наверное, догадались как.
NB! Не забываем, что у нас тут объяснение на пальцах™, не будем ковырять слишком глубоко и вспоминать совокупный вклад в дело подкладки свиньи таких ученых как Пуанкаре, Мах, Лоренц, Больцман и т.д. Отметим, что любой ученый всегда стоит на плечах гигантов, ровно до тех пор, покуда другие ученые сами не полезут ему на плечи, а то и вовсе на голову сядут.
Альберт Эйнштейн (а это был именно он) сказал - "все в мире относительно..." Ладно, ладно, не говорил он такого! Он заявил, что у каждого наблюдателя своя система отсчета, свой личный мирок со своим внутренним временем и пространством. Согласно выводам Эйнштейна в огороде получается бузина, а в Киеве, что характерно, дядька. Если учитывать, что огород движется мимо Киева и дядьки с равномерным ускорением.
Мировая наука споткнулась об эту свинью, да так, что поломала левую ногу и дальше двигалась уже прихрамывая. Эйнштейн ужаснулся собственным деяниям и тут же стал оправдываться - Нет, вы не подумайте ничего плохого! То, что теперь у каждого наблюдателя свой относительный мирок, не делает законы этого тесного мирка менее абсолютными! Если мы забудем про Киев и дядьку и сосредоточимся только лишь на огороде, в нем продолжат действовать все те же абсолютные и незыблемые законы мироздания. Они могут показаться не такими уж и абсолютными относительно Киева, но если оставаться в пределах огородного забора, яблоки с деревьев продолжат падать все так же неумолимо и абсолютно. Если ты уронишь одно яблоко, потом второе, а потом стотысячное - все они будут падать абсолютно одинаково, по одному и тому же закону, по одной и той же траектории. Если мы исключим все нелепые случайности вроде сопротивления воздуха и т.д., процесс падения сферического яблока в сферическом вакууме продолжит описываться сферическим и оттого абсолютно точным законом. В конце концов, Бог не фраер, и в кости не играет. (ага, сейчас, размеч... ну, я думаю, вы уже в курсе).
Однако нашлись люди, которые умудрились поломать науке и вторую ногу, навсегда лишив ее возможности твердо и уверенно ступать вперед. Дальше пришлось развиваться ползком или короткими шатающимся перебежками. Ученым, добившим классическую стройную и понятную науку, оказался Нильс Бор, начавший с Эйнштейном непримиримую войну между "добром и более другим добром" (перейти ко второй части)".
P.S. Нахожусь в некотором затруднении. Данный пост (все три) писался не для размещения в ЖЖ, а для другого сайта. Там мне с художественным оформлением помогали ребята из дизайн-студии www.cloudcastlegroup.ru. Но и в личном блоге я просто обязан привести данную ссылку, не в качетсве рекламы, а в качестве указания авторства. Вся визуальная составляющая их, текстовое наполнение - мое.