Cтраница 3
Казалось, физика как наука, исследующая первоначала вещей и первопричины явлений, находится уже на завершающем этапе своего развития, что описание законов природы должно вскоре принять всеобъемлющую и окончательную форму. Эти занятия, как полагал Жолли, перспективы не имеют, поскольку физика есть почти завершенная наука, которая после открытия закона сохранения энергии приблизилась к той степени совершенства, какою вот уже столетия обладает геометрия. Отражением этих настроений следует считать предложение выдающегося немецкого математика Давида Гильберта ( 1862 - 1943), рассмотреть проблему аксиоматизации всей физики, т.е. сформулировать конечное число исходных аксиом, из которых чисто логическим путем можно было вывести все следствия, достаточные для полного ( исчерпывающего) описания физической картины мира. Именно такова была шестая из двадцати трех знаменитых проблем, выдвинутых Гильбертом в августе 1900 года на Втором Международном конгрессе математиков. [31]
Как один из вариантов построения теории тяготения, отличной от теории гравитации Эйнштейна, в книге приводится в достаточно подробном изложении теория гео-метродинамики Уилера, в значительной мере основанная на привлечении анализа топологии пространственно-временного континуума. Она, во-первых, представляет собой крайнюю степень реализации точки зрения, согласно которой физика есть геометрия, с чем автор предисловия никак не может согласиться; во-вторых, эта теория пока совершенно не эвристична - критерий, которому должна удовлетворять всякая физическая теория; наконец, очень настораживает уже при первом знакомстве с теорией тот факт, что, исходя из очень экономных и простых на первый взгляд посылок, эта теория уже на первых шагах конструктивной реализации приводит к очень сложным построениям, которые сразу же наталкиваются на ряд принципиальных нерешенных вопросов и настолько усложняют математический аппарат, что ее интерпретации возможны только для самых тривиальных случаев ( поля центральной симметрии), да и то с трудом. [32]
Однако и на этих ступенях преподавать физику нужно именно как науку ( или введение в нее), а не как совокупность отдельных фактов. Другими словами, на базе фактического материала в сознание учащихся должно проникать ясное представление о научном методе, характерном для физики. Само собой разумеется, не возникает никаких споров о том, что этот метод есть метод экспериментальный. Никому не приходит в голову отрицать, что физика есть опытная наука и что ее законы находятся с помощью, опыта. Однако нередко в учебниках эти утверждения носят характер деклараций, которым отведено место на первых страницах. В дальнейшем же опыт служит главным образом для иллюстративных целей, и то обстоятельство, что физические понятия самым тесным образом связаны с опытом, ускользает от учащихся. А между тем необходимо, чтобы учащиеся осознали, что определения, формулируемые логически, наполняются содержанием лишь при помощи опыта, через посредство измерений. Всякое понятие, вводимое в физике, получает конкретный смысл только при условии, что с ним связывается определенный прием наблюдения и измерения, без которого это понятие не может найти никакого применения в исследовании реальных физических явлений. [33]
Внимание философов вообще, - говорит автор, - а также тех, кто, по мотивам того или другого порядка, хочет критиковать вообще науку, привлечено теперь в особенности к физике. В течение первых двух третей XIX века физики были согласны между собой во всем существенном. Верили в чисто механическое объяснение природы; принимали, что физика есть лишь более сложная механика, именно - молекулярная механика. [34]
Конечно, по объему преподаваемого материала, по глубине изложения, по систематическому использованию более или менее сложного математического аппарата преподавание в высшей школе существенно отличается от преподавания на более ранних ступенях. Однако и на этих ступенях преподавать физику нужно именно как науку ( или введение в нее), а не как совокупность отдельных фактов. Другими словами, на базе фактического материала в сознание учащихся должно проникать ясное представление о научном методе, характерном для физики. Само собой разумеется, не возникает никаких споров о том, что этот метод есть метод экспериментальный. Никому не приходит в голову отрицать, что физика есть опытная наука и что ее законы находятся с помощью опыта. Однако нередко в учебниках эти утверждения носят характер деклараций, которым отведено место на первых страницах. В дальнейшем же опыт служит главным образом для иллюстративных целей, и то обстоятельство, что физические понятия самым тесным образом связаны с опытом, ускользает от учащихся. А между тем необходимо, чтобы учащиеся осознали, что определения, формулируемые логически, наполняются содержанием лишь при помощи опыта, через посредство измерений. Всякое понятие, вводимое в физике, получает конкретный смысл только при условии, что с ним связывается определенный прием наблюдения и измерения, без которого это понятие не может найти никакого применения в исследовании реальных физических явлений. [35]
Теперь можно спросить: А, собственно, зачем нам беспокоить себя еще одним решением, если нас вполне устраивало первое. К чему эти дополнительные решения, если мы все равно должны взять только действительную часть. Мы знаем, что нужно взять действительную часть, но откуда математика знает, что мы хотим взять действительную часть. Но когда мы положили F ( t) 0, то соглашение о том, что, каково бы ни было х, нужно взять только его действительную часть, стало нашим личным делом, и математическое уравнение об этом ничего не знало. В мире физики есть только действительные решения, но решение, которому мы так радовались, комплексно. Чтобы х было действительным, Бехр ( - to) Y0 должно быть комплексно сопряженным к А ехр ( itoyt) числом, тогда мнимая часть исчезнет. [36]
Второе направление возникло в результате все более накоплявшихся противоречий между выводами классической физики и опытным изучением процессов, связанных с атомами и молекулами. Эта теория, разработанная План-ком ( 1900), Эйнштейном ( 1905) и Бором ( 1913), была лишь первым шагом к устранению упомянутых противоречий между классической физикой и опытом. Дальнейшее ее развитие привело к глубокому и радикальному пересмотру основных представлений классической физики и к созданию квантовой механики ( Д е Б р о и л ь, 1924; Гейзенберг, 1925; Шредингер, 1926) с ее разнообразными применениями. Квантовая механика включает в себя теорию квантов, обобщает ее и разъясняет ее смысл. Наоборот, классическая физика есть предельный случай квантовой физики, справедливый для тел, размеры и массы которых значительно больше атомных. [37]