Новая модель, концепция в науке по Фримену Дайсону
Данная статья относится к Категории: Построение научных моделей
«Черты теории, которые сейчас представляются нам наиболее значительными, совершенно не совпадают с тем, что казалось особенно важным самому Максвеллу.
В широчайшем смысле можно сказать, что центральная идея этой теории состоит в том, что природа обладает двухъярусной структурой.
В более глубоком нижнем ярусе пребывают электрические и магнитные поля, которые удовлетворяют простым волновым уравнениям и свободно распространяются в пространстве в виде света или радиоволн. В верхнем ярусе мы видим материальные объекты, энергии и силы. Только верхний ярус непосредственно доступен нашим наблюдениям.
Объекты нижнего яруса, например, электрическое поле, могут быть обнаружены только наблюдением над теми энергиями и силами, которые они порождают в верхнем ярусе, причём эти энергии и силы всегда пропорциональны квадратам напряжённостей поля. Таким образом, сама напряженность поля - это чистая математическая абстракция. Тот факт, что напряжённость поля не может быть непосредственно измерена, легко заметить, взглянув на единицы, в которых она обычно измеряется. Эта единица пропорциональна квадратному корню из эрга на кубический сантиметр. Эрг - это обычная единица, которая может быть измерена с помощью таких инструментов, как термометры и калориметры.
Но никто и никогда не мог бы вообразить инструмент, который непосредственно измерял квадратный корень из эрга или квадратный корень из кубического сантиметра. Таким образом, напряжённость поля - основная величина, с которой имеет дело теория Максвелла, - по самой своей природе абстрактна и не так-то просто связана с теми вещами, которые мы можем увидеть и потрогать.
Причина, по которой трудно охватить новую концепцию в любой области науки, всегда одна и та же: современные учёные пытаются представить себе эту новую концепцию в понятиях тех идей, которые существовали прежде.
Сам открыватель страдает от этой трудности больше всех; он приходит к новой концепции в борьбе со старыми идеями и старые идеи ещё долго потом остаются языком, на котором он думает. Максвелл пишет в предисловии к своему «Трактату об электричестве и магнетизме»: «Я приложу все усилия к тому, чтобы представить как можно яснее соотношение между математической формой этой теории и математической формой фундаментальной науки о динамике для того, чтобы мы могли в какой-то мере подготовиться к выбору тех динамических явлений, среди которых мы будем искать иллюстрации или объяснения явлений электромагнитных». Это было написано через семь лет после первой публикации Максвелла о его теории. И он всё ещё не понимал, что создал новую науку, которая имеет равные с динамикой Ньютона права на прилагательное «фундаментальная».
Основной трудностью теории Максвелла в те дни было то, что никто не был в состоянии постичь электромагнитное поле иначе, как в терминах какой-нибудь механической модели; сам Максвелл был искусным изобретателем моделей такого рода […]
Физические идеи, существовавшие к тому времени, относились к материальным частицам, потокам жидкостей и упругим твердым телам, и все они укладывались в рамки законов динамики Ньютона. У физиков тех дней не было других способов представить себе электрическое поле; они были вынуждены начинать с некой сложной картины движения механических объектов, и с этой точки зрения уравнения Максвелла не представлялись им ни простыми, ни естественными. Только очень постепенно оказалось возможным начать забывать механические модели и рисовать себе электрическое поле как нечто основное и неделимое, как некоторый физический объект, который существует по своему собственному праву и не нуждается в том, чтобы его «объясняли» с помощью чего-то ещё […] Физикам потребовалось около тридцати лет, чтобы произвести такие изменения в своем образе мышления. Как только произошли эти изменения, тотчас же обнаружилась вся простота и красота уравнений Максвелла и оказалось даже трудно понять, из-за чего поднялась вся эта суета».
Фримен Дайсон, Новаторство в физике в Сб.: Элементарные частицы / Под ред. Б.В. Медведева и Д.В. Ширкова, М., «Главное издательство физико-математической литературы», 1963 г., с. 90-91.
Изображения в статье
Фримен Джон Дайсон — англо-американский физик-теоретик, один из создателей квантовой электродинамики / CC BY-SA 2.0
Image by Lucia Grzeskiewicz from Pixabay