Часть 1. Итоги кризиса физики

Все смешалось в доме Облонских.

Л.Н. Толстой.

Начало кризису положили исследования Максвелла.

Историческая справка:

· 1855 г. Английский физик Джеймс Максвелл дал первую математически обоснованную формулировку теории электромагнетизма без учета токов смещения.

· 1861—1862 г. Джеймс Максвелл опубликовал несколько статей «О физических силовых линиях» (впервые ввел ток смещения).

· 1873 г. Вышел капитальный двухтомный труд Максвелла «Трактат об электричестве и магнетизме».

Максвелл проделал колоссальную работу, чтобы объединить известные законы электричества и перевести открытия Фарадея на язык математических формул. В то время господствовали две концепции: дальнодействие и близкодействие. Ньютон придерживался концепции мгновенного дальнодействия, а Фарадей склонялся к концепции близкодействия.

Громадным достижением Максвелла явилось введение им в уравнения электродинамики токов смещения. В уравнениях электродинамики Максвелла фигурируют два поля: кулоновское поле заряда и фарадеевское поле . Существует три варианта введения тока смещения:

; ;

Окончательная система уравнений и их интерпретация зависели от выбора варианта тока смещения.

Первый вариант описывал мгновенно действующие поля квазистатической электродинамики [1], [2]. Мгновенное действие на расстоянии позволяло дать корректное решение проблемы электромагнитной массы заряженной частицы, оно позволяло рассматривать замкнутую систему взаимодействующих электрических зарядов как консервативную, описать взаимодействие зарядов и все классические законы сохранения (закон сохранения импульса, закон сохранения момента импульса, закон сохранения энергии системы).

Третий вариант превращал мгновенно действующие потенциалы полей зарядов в запаздывающие потенциалы. Они описывались волновыми уравнениями. Это прекрасно видно при записи уравнений Максвелла в калибровке Лоренца. Так было «утрачено» мгновенное действие на расстоянии [3].

Именно с этого времени начинает развиваться кризис в современной физике. Казалось бы, следовало тщательно проанализировать уравнения и варианты, сохранить мгновенное действие на расстоянии одновременно с близкодействием и развивать физику дальше. Но время было не то.

Особенности исторической эпохи. Наука не может развиваться изолированно от общества. Механика Ньютона положила начало техническому прогрессу, а он требовал новых теоретических знаний и новых исследований. В это время развивается техника «паровых двигателей» и промышленное капиталистическое производство. С другой стороны, безудержная эксплуатация будоражит общество. Возникает революционное движение. А капиталистам необходимы новые сырьевые источники и новые рынки сбыта. «На носу» грядущие войны. Научная молодежь стремится к новым открытиям. Ей необходимо «все и сразу». Она делит все на «черное и белое» и бескомпромиссно отметает «ненужное». В этих условиях обострения противоречий сторонники и противники мгновенного действия на расстоянии не остались в стороне.

Историческая справка.

· 1881 г. Эксперименты Майкельсона по обнаружению эфира. Д.Д. Томсон ввел в физику понятие «электромагнитная масса».

· 1884 г. Пойнтинг вывел свой закон сохранения для электромагнитных волн.

· 1888 г. Г. Герц. Экспериментальное доказательство существования электромагнитных волн.

Хотя открытие Г.Герца не отвергало мгновенного действия на расстоянии, оно было истолковано как доказательство отсутствия мгновенного действия на расстоянии. Это стало сигналом для новой критики классических теорий и травли апологетов дальнодействия.

Механика Ньютона была признана «устаревшей», «приблизительной» и т.д. Эйфория молодых ученых, которым казалось, что они «повергли самого Ньютона», кружила им голову. В довершение всего экспериментально обнаружилось много явлений, не объяснимых с позиции классической физики.

Об этом же пишет и А. Пуанкаре. Ситуацию, сложившуюся в физической науке на рубеже XIX – ХХ вв., Пуанкаре назвал «кризисом физики». Он ее связывал в первую очередь с возможностью отказа от фундаментальных принципов физического познания. [4]:

«Перед нами «руины» старых принципов, всеобщий «разгром» таких принципов», – восклицал он: «Принцип Лавуазье» (закон сохранения массы), «принцип Ньютона» (принцип равенства действия и противодействия, или закон сохранения количества движения), «принцип Майера» (закон сохранения энергии) – все эти фундаментальные принципы, которые долгое время считались незыблемыми, теперь подвергают сомнению».

Вот так по «законам майданного жанра» коллективным большинством расправились с классическими теориями, но не только с ними. Давлению и погрому подверглась философия материализма и философы-материалисты. Развитие «неклассических теорий» по мнению большинства не могло быть осуществлено без «элиминации» и «ревизии» основных положений философии. Ревизии подверглась, прежде всего, формальная логика. Логически противоречивые «мысленные эксперименты» Эйнштейна не были отвергнуты, поскольку его постулаты (например, постулат о существовании «предельной скорости распространения взаимодействий») и «мысленные эксперименты» были направлены против мгновенного действия на расстоянии.

Возник логически-противоречивый «корпускулярно-волновой дуализм», «обменное взаимодействие» и другие, нарушающие логику науки, представления. Это сказалось на возможности логически-непротиворечивой интерпретации явлений. Объяснения постепенно вытеснялись нагромождением математического формализма в квантовых теориях и теории элементарных частиц.

Ученые тоже испытывали чувство двойственности (неудовлетворенности) от развития теорий микромира. Например, у Луи де-Бройля, с одной стороны, проскальзывает мысль о непонимании сущности «квантов», а с другой – восторг от «разрушения здания классической физики», в котором участвовали они – молодые ученые. Гордость за то, что они «повергли самого Ньютона» [5]!:

«…Можно понять, какое существенное влияние было оказано на само направление развития человеческих знаний в тот день, когда кванты исподтишка вошли в науку. В тот самый день величественное и грандиозное здание классической физики было потрясено до самого основания, хотя никто тогда еще и не отдавал себе ясного отчета в этом. В истории науки не много было подземных толчков, сравнимых по силе с этим. И только сейчас мы в состоянии понять и оценить грандиозность и важность свершившейся революции».

Р. Фейнман – пожалуй, единственный из крупных ученых, кто мог откровенно говорить о проблемах квантовых теорий. Он понимал, что необходимо переосмысление этих теорий, и что корни трудностей имеют «классическую» природу. Вот некоторые из его высказываний [6], [7]:

«Уловка, при помощи которой мы находим m и e имеет специальное название - «перенормировка». Но каким бы умным ни было слово, я назвал бы ее «дурацким» приемом! Необходимость прибегнуть к такому «фокусу-покусу» не позволила нам показать математическую самосогласованность квантовой электродинамики. Удивительно, что до сих пор самосогласованность квантовой электродинамики, этой теории, не доказана тем или иным способом: я подозреваю, что перенормировка математически незаконна. Но очевидно, это то, что у нас нет хорошего математического аппарата для описания квантовой электродинамики: такая куча слов для описания m’, e’ и m, e - это не настоящая математика...».

· «…..Однако и в квантовой электродинамике трудности не исчезают. Оказывается, что до сих пор никому не удалось приблизиться к самосогласованному квантовому обобщению на основе любой из модифицированных теорий. Мы не знаем, как с учетом квантовой механики построить самосогласованную теорию, которая не давала бы бесконечностей собственной энергии электрона или какого-то другого точечного заряда. Так эта проблема и осталась нерешенной….».

· « ….И все же, если еще задержаться на минуту и посмотреть на фасад этого удивительного сооружения, имевшего столь громадный успех в объяснении столь многих явлений, то можно обнаружить, что оно вот-вот завалится и рассыплется на куски. Если вы поглубже вгрызетесь почти в любую из наших физических теорий, то обнаружите, что, в конце – концов, попадаете в какую-нибудь неприятную историю…».

И вот, что удивительно. Фейнман, как и некоторые другие критики не видят истинных причин, порождающих проблемы. Он, как и остальные, видит выход в поиске новых идей. Фейнман ошибочно полагает, что в классической электродинамике нет серьезных проблем [6]:

«...Я должен сразу же сказать, что вся остальная физика проверена далеко не так хорошо, как электродинамика...».

Фейнман «забыл», что классическая электродинамика не справилась с решением ряда внутренних проблем. Среди них есть две принципиальные проблемы:

1. Проблема электромагнитной массы заряженной частицы.

2. Классическая проблема излучения электромагнитной волны ускоренным зарядом.

Показателен неграмотный подход к решению проблемы электромагнитной массы [1]. Удивительно, но физики, которые хвалятся владением математикой, так и не смогли «одолеть» эту проблему. «Помогли» им две причины: отрицание мгновенного действия на расстоянии и отказ от материалистического миропонимания. А ведь решение уже найдено и существует [2], [3].

Неудача постигла исследователей при решении проблемы излучения. Полученный результат: «самоускорение» свободного заряда с излучением электромагнитной волны, как говорится, - «не лезет ни в какие ворота».

Бурное развитие квантовых теорий породило надежду на решение этих вопросов в теориях микромира. Но благим ожиданиям не удалось осуществиться. Проблемы не только не были решены, но и сами квантовые теории столкнулись с непреодолимыми трудностями. И вот, что удивительно. Корни многих из этих трудностей имеют «классическую природу». Сейчас многие теоретики высказывают мысль на грядущем «новом кризисе» в КЭД и других теориях микромира.

Вот к чему привел кризис физики 19-20 веков. Наука не оправилась от кризиса. Пути выхода мы рассмотрим в конце работы. А теперь посмотрим: что нам советует философ-схоласт (12 – 13 веков). Тогда в философии люди не менее умные, прозорливые и принципиальные. Принцип Дунса Скота.

Давайте попробуем разобраться в причинах длительного существования ошибочных теорий. Ученые знают принцип, называемый «бритвой Оккама». Его принцип гласит, что среди конкурирующих теорий следует выбирать вариант с наименьшим количеством гипотез. К сожалению, нет примеров анализа научных теорий с использованием «лезвия Оккамы». Поводов для этого много. Например, Эйнштейн «застолбил физику постулатами». Как он сталкивается с невозможностью дать объяснение, он выдвигает «постулат». А его «постулат» есть гипотеза, облаченная в форму догмы. А ведь пора бы…

Принцип Оккамы известен. Однако не все знакомы с принципом Дунса Скотта и с его расширенной интерпретацией. В первоначальной версии принцип гласит:

«Правильные выводы вытекают из правильных предпосылок, и любые выводы (правильные или ошибочные) могут вытекать из ложных предпосылок».

Широкая интерпретация этого принципа заключается в следующем: если теория соответствует эксперименту и дает хороший предиктор, это не означает, что в основе теории не имеется ошибок. В благоприятных условиях теория с ошибочными основаниями может существовать в течение достаточно долгого времени.

Подтверждение теории экспериментальными результатами является необходимым, но недостаточным условием для научного характера рассматриваемой теории.

Примером «долгоживущей теории» можно считать геоцентрическую систему. Обычно это связано с именем Птолемея (87-165г.). В 1543 году была опубликована книга Н. Коперника «Об обращении небесных сфер», в которой была изложена гелиоцентрическая система. Мы рассмотрим еще один пример ниже.

Любая теория имеет два аспекта. Первый аспект - математический формализм теории. Второй аспект - физическая интерпретация явлений в рамках теории. Ошибки могут возникать из-за несовершенства математического формализма теории. Ошибки могут возникнуть в основании теории из-за непонимания сущности явлений. Это возможно даже при правильном математическом формализме.

Ученые выбирают наиболее быстрый путь для решения проблемы развития научной теории. Они, ради экономии времени и усилий, стремятся сохранять и развивать уже существующую научную теорию. Этот путь, например, «упрощает» защиту диссертаций! (прагматический критерий). Если, например, трудности препятствуют развитию, то ученые стремятся «улучшать» математический формализм существующей теории. Они «достраивают и совершенствуют» существующую теорию, добавляя к ней модели новые гипотезы и «сумасшедшие идеи». Получается этакая «Вавилонская башня».

Иногда они даже прибегают к запретам статей с критикой, к фальсификации и замалчиванию «неудобных» результатов. Такая ситуация существует, например, в СТО, атомной и ядерной физике. Теория может превратиться в «вавилонскую башню», где математический формализм подавляет все, и где трудно найти физический смысл.

К сожалению, старые ошибки провоцируют появление новых ошибок. Нарастает «критическая масса» противоречий. Когда, наконец, исходная ошибка обнаружена, «Вавилонская башня догматизма» обрушится, и для развития науки откроется новый путь. Тестирование основ научной теории - простая и очень полезная мысль, вытекающая из принципа Дунса Скота. Не пора ли подумать о том, чтобы провести последовательную качественную ревизию теоретических основ классической физики и современной физики микромира? Но для этого необходимо вернуть в философию материалистическое миропонимание.

Ссылки к Части 1:

1. В.А. Кулигин «Гимн математике или авгиевы конюшни теоретической физики» http://sciteclibrary.ru/texsts/rus/stat/st6224.pdf

2. В.А. Кулигин, М.В. Корнева, Г.А. Кулигина. Электромагнитная масса заряда. http://www.trinitas.ru/rus/doc/0016/001f/00163508.htm

3. В.А. Кулигин, М.В. Корнева, Г.А. Кулигина. «Кризис физики: вчера, сегодня, завтра» (Очерки о кризисе физики). http://new-idea.kulichki.net/pubfiles/160222194748.doc

4. А. Пуанкаре. О науке. М., 1990.

5. Луи де-Бройль. Революция в физике. http://www.gramotey.com/books/1269048029.htm

6. Р.Ф. Фейнман, М.Сэндс, Р.Лейтон. Фейнмановские лекции по физике. Т 6. Электродинамика, 3-е издание, М.: Мир, 1977.

7. Р. Фейнман. КЭД - странная теория света и вещества. М.:Наука,1988.

***

,