кто такой физик теоретик
Как работает физик-теоретик
Я всегда думал, хотя и опасался высказывать эти мысли вслух, что теоретик не играет никакой роли для физики. При теоретиках это говорит» опасно. Они убеждены, что эксперименты нужны только для того, чтобы проверять результаты их теоретических выводов, хотя на самом деле все обстоит как раз наоборот: законы устанавливаются экспериментально, а теоретики их только потом объясняют.
А объяснить, как известно, они могут любой результат.
Однажды мы закончили важный эксперимент по определению соотношения между двумя физическими величинами A и B. Я бросился к телефону и позвонил знакомому теоретику, который занимался тем же вопросом.
– Володя! Закончили! A оказалось больше B!
– Это совершенно понятно. Вы могли и не делать вашего опыта. A больше B по следующим причинам.
– Да нет! Я разве сказал: A больше B? Я оговорился – B больше A!
– Тогда это тем более понятно. Это вот почему. * Теоретиками обычно становятся неудачники-экспериментаторы. Еще студентами они замечают, что стоит им просто на пять-десять минут остановиться около любого прибора – и его можно даже не проверять, а прямо нести на свалку. Это преследует их всю жизнь. Однажды после семинара известный немецкий теоретик Зоммерфельд сказал своим слушателям: «А теперь посмотрим, как действует прибор, построенный на разобранном нами принципе». Теоретики гуськом просочились за Зоммерфельдом в лабораторию, поснимали очки и понимающе уставились на прибор. Слегка побледневший Зоммерфельд торжественно включил рубильник. Прибор сгорел.
* О Я.И. Френкеле рассказывают, что якобы в ФТИ в 30-е годы его изловил в коридоре некий экспериментатор и показал полученную на опыте кривую. Подумав минуту, Я.И. дал объяснение хода этой кривой. Однако выяснилось, что кривая случайно была перевернута вверх ногами. Кривую водворили на место и, немного поразмыслив, Я.И. объяснил и это поведение кривой.
В работе всех теоретиков есть одна общая черта – они работают по-разному. Не подумайте, что я хочу сказать что-нибудь хорошее об их работе. У меня этого и в мыслях нет. Теоретики классической физики работали допотопными методами. Они начинали работу сначала стайками, потом в одиночку разбредались по переулкам и тропинкам и подолгу глазели на все, что попадалось на глаза: чирикал воробышек – смотрели на воробышка, плеснула рыбка в реке – ложились на живот и следили за рыбкой. Такой способ им был очень по душе, потому что все теоретики страшные бездельники, но тщательно скрывают это. Назовись теоретиком, и ничегонеделание становится напряженным обдумыванием темы. Но вы думаете, что это на самом деле так? Вы верите, например, что Ньютон специально сидел под деревом и ждал, когда на него упадет яблоко, чтобы открыть закон всемирного тяготения? Ничего подобного! Он просто отлынивал от работы. И я уже не говорю, что это по крайней мере непорядочно – открыть закон благодаря яблоку, а всю заслугу приписать себе.
Но в наши дни такой метод работы признан безнадежно устаревшим. Теперь теоретики предпочитают начинать работу с конца. И началось это с Эйнштейна.
В конце XIX века американский физик Майкельсон экспериментально (заметьте, экспериментально!) установил, что луч света нельзя догнать. С какой бы скоростью вы ни бежали вслед за лучом, он всегда уходит от вас со скоростью 300 тысяч километров в секунду.
Засучив рукава, теоретик-классик принялся за работу: поставил мягкое кресло под ночным небом и устремил немигающий взор на блистающие звезды. Но сколько он ни смотрел, путного объяснения опыту Майкельсона дать не мог. А Эйнштейн начал с конца: предположил, что свет обладает таким свойством, и все тут. Теоретики подумали немного – одни десять, другие двадцать лет, кто сколько мог, – и сказали: «Гениально!».
Как бы то ни было, теперь вы видите, что в основе теоретической работы лежат ясные, упрямые и понятные экспериментальные факты. Уже в середине работы теоретик основательно запутывает и затемняет их всяческими рассуждениями и математическими формулами, а к концу он может свободно выуживать из этого моря математики те выводы, которые он собирался получить с самого начала. Лучше всего, если эти выводы нельзя проверить экспериментально.
Вообще теоретики очень любят рассматривать принципиально ненаблюдаемые эффекты. Например, Дирак предположил, что существует сплошное море электронов с отрицательной энергией, которое нельзя заметить. Но если выудить из этого моря один электрон, то на его месте окажется дырка, которую мы принимаем за положительно заряженный электрон – позитрон.
Салам рассказывает, что подобные идеи не удивительны для Дирака. Он передает историю, которую до сих пор рассказывают в Кембридже. Дирак, будучи еще студентом, участвовал в математическом конкурсе, где в числе других была и такая задача. Подлинного ее текста у меня нет под рукой, поэтому я излагаю ее своими словами.
Три рыбака ловили рыбу на уединенном острове. Рыбка бодро глотала наживку, рыбаки увлеклись и не заметили, что пришла ночь и спрятала под своим покровом гору наловленной рыбы. Пришлось заночевать на острове. Двое рыбаков быстро заснули, каждый прикорнув под своей лодкой, а третий, немного подумав, понял, что у него бессонница, и решил уехать домой. Своих товарищей он не стал будить, а разделил всю рыбу на три части. Но при этом одна рыба оказалась лишней. Недолго думая, он швырнул ее в воду, забрал свою часть и уехал домой.
Среди ночи проснулся второй рыбак. Он не знал, что первый рыбак уже уехал, и тоже поделил всю рыбу на три равные части, и, конечно, одна рыба оказалась лишней. Оригинальностью и этот рыбак не отличался – закинул он ее подальше от берега и со своей долей поплелся к лодке. Третий рыбак проснулся под утро. Не умывшись и не заметив, что его товарищей уже нет, он побежал делить рыбу. Разделил ее на три равные части, выбросил одну лишнюю рыбу в воду, забрал свою долю и был таков.
В задаче спрашивалось, какое наименьшее количество рыб могло быть у рыбаков.
Дирак предложил такое решение: рыб было (–2). После того как первый рыбак совершил антиобщественный поступок, швырнув одну рыбу в воду, их стало (–2) – 1 = –3. Потом он ушел, унося под мышкой (–1) рыбу. Рыб стало (–3) – (–1) = –2. Второй и третий рыбаки просто повторили нехороший поступок их товарища.
Я мог бы еще долго рассказывать о теоретиках и их работе, но тороплюсь. Мне сказали, что один теоретик пишет рассказ под названием «Как работает физик-экспериментатор». Там-то все, конечно, будет поставлено с ног на голову. Мол, все законы теоретики предсказывали, а экспериментаторы только подтверждали, ну и многое другое. Поэтому спешу закончить. Вот не знаю только, как подписаться. Свою фамилию? Нет уж, оставьте! Как я потом работать буду: ни с одним теоретиком не посоветуешься. Подпишусь так:
Напечатано в сборнике «Пути в незнаемое», №2.
Физик-теоретик
Теорети́ческая фи́зика — способ познания природы, при котором тому или иному кругу природных явлений сопоставляется какая-либо математическая модель. В такой формулировке теоретическая физика не вытекает из «опыта», а является самостоятельным методом изучения Природы. Однако область её интересов, естественно, формируется с учетом результатов эксперимента и наблюдений.
Теоретическая физика не рассматривает вопросы вида «почему математика должна описывать природу?». Она принимает за постулат то, что, в силу неких причин, математическое описание природных явлений оказывается крайне эффективным, и изучает последствия этого постулата. Строго говоря, теоретическая физика изучает не свойства самой природы, а свойства предлагаемых математических моделей. Кроме того, часто теоретическая физика изучает какие-либо модели «сами по себе», без привязки к конкретным природным явлениям.
Физическая теория
Продуктом теоретической физики являются физические теории. Поскольку теоретическая физика работает именно с математическими моделями, крайне важным требованием является математическая непротиворечивость завершенной физической теории. Вторым обязательным свойством, отличающим теоретическую физику от математики, является возможность получать внутри теории предсказания для поведения Природы в тех или иных условиях (то есть предсказания для экспериментов) и, в тех случаях, где результат эксперимента уже известен, давать согласие с экспериментом.
Сказанное выше позволяет обрисовать общую структуру физической теории. Она должна содержать:
Из этого становится ясно, что утверждения типа «а вдруг теория относительности неверна?» бессмысленны. Теория относительности, как физическая теория, удовлетворяющая нужным требованиям, уже верна. Если же окажется, что она не сходится с экспериментом в каких-то предсказаниях, то значит, она в этих явлениях не применима к реальности. Потребуется поиск новой теории, и может статься, что теория относительности окажется каким-то предельным случаем этой новой теории. С точки зрения теории, катастрофы в этом нет. Более того, сейчас подозревается, что в определённых условиях (при плотности энергии порядка планковской) ни одна из существующих физических теорий не будет адекватной.
В принципе, возможна ситуация, когда для одного и того же круга явлений существуют несколько разных физических теорий, приводящих к похожим или совпадающим предсказаниям. История науки показывает, что такая ситуация обычно временна: рано или поздно либо одна теория оказывается более адекватна, чем другая, либо показывается, что эти теории эквивалентны (см. ниже пример с квантовой механикой).
Построение физических теорий
Фундаментальные физические теории, как правило, не выводятся из уже известных, а строятся с нуля. Первый шаг в таком построении — это самое настоящее «угадывание» того, какую математическую модель следует взять за основу. Часто оказывается, что для построения теории требуется новый (причем, обычно более сложный) математический аппарат, непохожий на тот, что использовался в теорфизике где-либо ранее. Это — не прихоть, а необходимость: обычно новые физические теории строятся там, где все предыдущие теории (то есть основанные на «привычном» матаппарате) показали свою несостоятельность в описании природы. Иногда оказывается, что соответствующий матаппарат отсутствует в арсенале чистой математики, и его приходится изобретать.
Дополнительными, но необязательными, критериями при построении «хорошей» теории могут являться понятия
Такие критерии, как «здравый смысл» или «повседневный опыт», не только нежелательны при построении теории, но и уже успели дискредитировать себя: многие современные теории могут «противоречить здравому смыслу», однако реальность они описывают на много порядков точнее, чем «теории, основанные на здравом смысле».
Над чем работает физик-теоретик
В 1934 году в Физическом институте АН СССР было открыто свечение электронов, движущихся быстрее скорости света в среде. Впоследствии его стали называть излучением Вавилова-Черенкова (см. «Наука и жизнь» № 7, 1986 г., стр. 102). Природу этого замечательного явления объяснили в 1937 году И. Е. Тамм и И. М. Франк. За открытие и объяснение эффекта Вавилова-Черенкова трем советским физикам — И. Е. Тамму, И. М. Франку и П. А. Черенкову была присуждена Нобелевская премия. Излучение Вавилова-Черенкова стало первым примером оптики сверхсветовых скоростей и казалось в то время экзотическим, удивительным феноменом, как бы обособленным от всех физических явлений. Поэтому неудивительно, что молодого исследователя, 23-летнего В. Л. Гинзбурга, полностью захватила эта задача. В 1940 году В. Л. Гинзбург разработал квантовую теорию эффекта Вавилова-Черенкова, а также классическую теорию этого явления в анизотропных средах, то есть таких, в которых не все направления равноправны. Уже после первых расчетов стало очевидно, что, помимо классического излучения Вавилова-Черенкова, генерируемого зарядом, который движется в веществе со скоростью, большей скорости света в данной среде, возможны и другие проявления оптики сверхсветовых скоростей. Однако наблюдение таких эффектов интуитивно представлялось крайне сложным. Необходимо было срочно разобраться в возможности экспериментального обнаружения излучений от сверхсветовых источников. Это становилось важным как с фундаментальных физических позиций, так и с прикладной точки зрения, связанной с ускоренным развитием ядерной физики.
Оказалось, что теория излучения заряда при сверхсветовой скорости весьма непроста. В 1947 году появилась статья В. Л. Гинзбурга и И. М. Франка, в которой рассматривалось излучение частицы, движущейся в пустоте по оси узкого канала. Впервые на возможность такого излучения указал выдающийся советский физик, академик Л. И. Мандельштам. Вот как он рассуждал.
Для излучения заряда при сверхсветовой скорости нет необходимости, чтобы частица двигалась в сплошной среде. Достаточно, чтобы она перемещалась по оси пустого цилиндрического канала внутри этой среды, излучение от этого не изменится. Необходимо только, чтобы диаметр канала был мал по сравнению с длиной волны излучаемого света. Действительно, собственное поле частицы, ее электромагнитные «одежды» имеют размер, не меньший, чем длина волны. Поэтому, если диаметр канала намного меньше этого размера, то электромагнитный шлейф движущегося в канале заряда «цепляется» за стенки и рассеивается на атомах среды. Сама же «голая» частица при этом не испытывает соударений. Другими словами, при движении частицы в узком канале она находится как бы в вакууме, тогда как сопровождающее ее электромагнитное поле просачивается сквозь стенки канала и распространяется в веществе. Это «собственное» поле хотя и принадлежит частице, но фактически управляется электромагнитными характеристиками вещества (его поляризуемостью, диэлектрической и магнитной проницаемостями). С точки зрения практических приложений такая физическая ситуация чрезвычайно важна, поскольку, используя движение частицы по оси канала, можно построить излучатель, который не портится из-за непосредственных соударений с атомами среды. По существу, разные варианты этой ситуации сегодня используются в релятивистской СВЧ-электронике и для генерации когерентного излучения с помощью пучков заряженных частиц.
Начиная с 1947 года В. Л. Гинзбург неоднократно возвращался к излучению частицы, движущейся в канале. Эта задача породила несколько замысловатых парадоксов и имеет, помимо практического, большое методическое значение. Именно ей посвящены научные статьи академика В. Л. Гинзбурга, написанные в самое последнее время.
Стенки канала, вдоль которого движется частица, по существу, представляют собой границу раздела двух сред. Если радиус канала сделать очень большим, в пределе — бесконечным, то частица не будет чувствовать кривизны стенок («чувствительность» частицы ограничивается размерами ее электромагнитного шлейфа, то есть масштабом порядка длины излучаемой волны). Другими словами, заряд полетит вдоль плоской границы раздела. А что будет, если он вдруг вильнет и пересечет эту границу или по крайней мере уткнется в вещество? Оказывается, при этом возникнет новое и весьма своеобразное излучение, которое называется переходным Переходное излучение было открыто В. Л. Гинзбургом вместе с И. М. Франком «на бумаге» в 1945 году, за 13 лет до появления первого экспериментального исследования этого эффекта. Тот факт, что от предсказания интересного, универсального и полезного явления до попыток его обнаружить прошло столько лет, еще долго будет изумлять историков науки. Сам В. Л. Гинзбург склонен объяснять эту задержку «капризами моды», которые, к сожалению, нередко встречаются даже в физике.
Так же, как излучение Вавилова-Черенкова, переходное излучение не связано с ускорением частицы. Это обстоятельство довольно долго смущало многих физиков, привыкших к мысли, что электромагнитное излучение всегда появляется в результате ускорения или торможения заряда. Однако в 1937 году И. Е. Тамм вместе с И. М. Франком, доказав нетормозной характер излучения Вавилова-Черенкова, разоблачили этот предрассудок, а в 1945 году В. Л. Гинзбург и И. М. Франк окончательно его «добили» предсказанием и расчетом переходного излучения. Оказалось, что, когда частица, двигаясь равномерно и прямолинейно, переходит из одной среды в другую, ее поле вынуждено срочно измениться. Такая перестройка поля и сопровождается излучением электромагнитных волн.
Сегодня переходное излучение широко используется в ядерной физике, а также при исследовании космических лучей. Детекторы, работающие на переходном излучении, позволяют определить характеристики заряженных частиц с такими большими энергиями, при которых все другие методы регистрации теряют свою эффективность. Умозрительно предсказанный В. Л. Гинзбургом вместе с И. М. Франком эффект привел к появлению реально работающих «железок» — физических приборов нового типа.
Интерес к излучению электромагнитных волн релятивистскими заряженными частицами необычайно вырос в самое последнее время. А дело тут в том, что совсем недавно появился экзотический источник мощного направленного — когерентного излучения, который назвали «лазером на свободных электронах» (ЛСЭ или FEL — по начальным буквам английского словосочетания «free electron laser»). На самом деле это никакой не лазер. В новом источнике излучения нет практически ничего от квантовых генераторов, которые в начале 60-х годов были обозначены знаменитой аббревиатурой «лазер», ставшей одним из технологических символов нашей цивилизации. ЛСЭ — источник классического «неквантового» электромагнитного излучения, и первую модель такого источника предложил в 1947 году В. Л. Гинзбург. Предложенное им устройство получило название «ондулятор» (от французского слова l’onde — волна). Обычно ондулятор — это просто периодический набор магнитов, между полюсами которых летит частица.
Вот она пролетает над «северным» полюсом магнита, потом над «южным», снова над «северным», над «южным» и так, пока не вылетит из ондулятора. И каждый раз при подлете к очередному магниту его поле толкает частицу, заставляя заряд довольно круто изменять направление своего движения. В результате таких повторяющихся пируэтов заряженная частица излучает электромагнитные волны. Интенсивность спонтанного электромагнитного излучения частиц в ондуляторе весьма велика — даже выше, чем у бывшего «рекордсмена» среди всех видов излучения — синхротронного (см. «Наука и жизнь» № 8, 1983).
Кроме того, лазер на свободных электронах, построенный на основе ондулятора, имеет очень важное преимущество перед другими излучателями: длину волны (или частоту) излучения в таком лазере можно плавно перестраивать, подобно тому как перестраивается частота передаваемых сигналов в радиопередатчике. Интерес исследователей к ондулятору с течением времени только возрастает, и это один из многих примеров того, как идеи В. Л. Гинзбурга порождают новые направления в физике.
В 1950 году в ведущем советском физическом издании — «Журнале экспериментальной и теоретической физики» (ЖЭТФ) появилась совместная статья В. Л. Гинзбурга и Л. Д. Ландау. Она многие годы занимала одно из первых мест по цитируемости — количеству ссылок на эту работу. К сожалению, мировое признание этой работы запоздало лет на семь-восемь. Ведь в 1950 году «холодная война» была в самом разгаре, и научные контакты между советскими и западными учеными практически отсутствовали. Лишь очень немногие физики на Западе читали «ЖЭТФ», а совместные семинары, конференции, стажировки, обмен специалистами и даже взаимная переписка, то есть все то, что традиционно составляло как бы ткань мировой науки и делало ее интернациональной, казалось почти немыслимой роскошью. Положение резко изменилось в 1957-1958 годах, и немалую роль сыграл запуск в СССР первого искусственного спутника Земли. Западные физики с некоторым изумлением обнаружили, что теория сверхпроводимости Гинзбурга-Ландау, созданная за семь-восемь лет до знаменитого расчета, сделанного американскими теоретиками Бардисном, Купером и Шриффером, предвосхитила много важных элементов «теории БКШ» — так стали называть этот расчет, по начальным буквам фамилий его авторов. Теория Гинзбурга-Ландау, или, как ее вскоре стали называть «ψ-теория», оказалась универсальным инструментом физики конденсированных сред. С помощью метода Гинзбурга-Ландау сегодня описываются сверхпроводники, помещенные в сильное магнитное поле, сверхпроводящие сплавы, тонкие сверхпроводящие пленки и многое другое.
Что касается сверхпроводящих пленок, то интерес к ним появился после нескольких замечаний того же В. Л. Гинзбурга о двумерной сверхпроводимости, высказанных в конце 60-х годов. Одним словом, ψ-теория позволила объяснить и связать между собой огромное количество, казалось бы, разрозненных экспериментальных фактов. Да и у теоретиков метод Гинзбурга-Ландау вызвал прямо-таки вспышку активности. Сначала известный советский физик, ныне член-корреспондент АН СССР Л. П. Горьков вывел феноменологические уравнения Гинзбурга-Ландау из точной микроскопической теории. Одновременно другой советский физик, так же как и Л. П. Горьков воспитанник «школы Ландау», А. А. Абрикосов (теперь член-корреспондент АН СССР) использовал уравнние Гинзбурга-Ландау для изучения магнитных свойств сверхпроводников. Расширенная теория Гинзбурга-Ландау-Абрикосова-Горькова («теория ГЛАГ») используется сегодня в огромном числе работ советских и зарубежных авторов. Общепризнанно, что эта теория — один из самых весомых вкладов советской физики в мировую науку. Цикл работ В. Л. Гинзбурга, а также А. А. Абрикосова и Л. П. Горькова по теории сверхпроводников в 1966 году был удостоен Ленинской премии.
Начиная примерно с середины 70-х годов идеи, развившиеся при объяснении сверхпроводимости, вышли далеко за пределы физики конденсированных сред и привлекли внимание людей, задумывавшихся над самыми фундаментальными проблемами мироздания. Оказалось, что физический вакуум, в котором происходят все наблюдаемые нами явления, по существу представляет собой сверхпроводник. Именно эта идея фактически привела к объединению электромагнитного и слабого взаимодействий в одно — «электрослабое». Термин «лагранжиан типа Гинзбурга-Ландау» фигурирует уже в сотнях работ по теории поля и физике элементарных частиц. Представления о фазовых переходах, происходивших во Вселенной (см. статью A. Д. Линде «Раздувающаяся Вселенная», «Наука и жизнь» № 8, 1985), помогают понять ее «конструкцию», а ведь выяснение того, почему мир именно такой, какой он есть, всегда было величайшей мечтой многих крупных физиков, в частности Эйнштейна.
Сегодня теоретики, занимающиеся проблемой высокотемпературной сверхпроводимости (см. «Наука и жизнь» № 1, 1986), надеются даже на кое-какую отдачу от физики высоких энергий и элементарных частиц. Дело в том, что глубокая аналогия между полевыми теориями и физикой сверхпроводников может когда-нибудь подсказать пути радикального повышения критической температуры сверхпроводящего перехода. Проблему поиска высокотемпературных сверхпроводников сам B. Л. Гинзбург считает одной из важнейших научно-технических программ современности. Действительно, сверхпроводимость при обычных, комнатных температурах или хотя бы при температуре жидкого азота (-77К) произвела бы подлинную революцию в технике, а с ней и во всей человеческой цивилизации. По словам В. Л. Гинзбурга, проблема высокотемпературной сверхпроводимости интересует его больше всех других. Сейчас в ФИАНе под руководством академика Гинзбурга работает специальный коллектив, развернувший исследования по всем направлениям, которые сулят хотя бы малые шансы на повышение температуры перехода в сверхпроводящее состояние. К сожалению, успех этих работ невозможно гарантировать. Как выразился сам В. Л. Гинзбург, «вопрос открыт, и попытки ответить на него представляются исключительно увлекательными».
Последовательная теория фазовых переходов еще не построена, и ее создание остается центральной проблемой физики конденсированных сред. Изучение фазовых превращений привело физиков к представлению о кооперативных явлениях, то есть таких, в которых участвует сразу огромное число частиц, иной раз практически все атомы, составляющие исследуемый образец. Кооперативные эффекты проявляются в сообществе из индивидуальных атомов, причем «личностные» свойства этих индивидуумов, как выяснилось, имеют меньшее значение, чем их согласованное поведение в коллективе. Яркими примерами кооперативных явлений стали сверхпроводимость и сверхтекучесть.
Как работает физик-теоретик
Как работает физик-теоретик
Я всегда думал, хотя и опасался высказывать эти мысли вслух, что теоретик не играет никакой роли для физики. При теоретиках это говорит» опасно. Они убеждены, что эксперименты нужны только для того, чтобы проверять результаты их теоретических выводов, хотя на самом деле все обстоит как раз наоборот: законы устанавливаются экспериментально, а теоретики их только потом объясняют.
А объяснить, как известно, они могут любой результат.
Однажды мы закончили важный эксперимент по определению соотношения между двумя физическими величинами Aи B. Я бросился к телефону и позвонил знакомому теоретику, который занимался тем же вопросом.
– Володя! Закончили! Aоказалось больше B!
– Это совершенно понятно. Вы могли и не делать вашего опыта. Aбольше Bпо следующим причинам.
– Да нет! Я разве сказал: Aбольше B? Я оговорился – Bбольше A!
– Тогда это тем более понятно. Это вот почему. (4) Теоретиками обычно становятся неудачники-экспериментаторы. Еще студентами они замечают, что стоит им просто на пять-десять минут остановиться около любого прибора – и его можно даже не проверять, а прямо нести на свалку. Это преследует их всю жизнь. Однажды после семинара известный немецкий теоретик Зоммерфельд сказал своим слушателям: «А теперь посмотрим, как действует прибор, построенный на разобранном нами принципе». Теоретики гуськом просочились за Зоммерфельдом в лабораторию, поснимали очки и понимающе уставились на прибор. Слегка побледневший Зоммерфельд торжественно включил рубильник. Прибор сгорел.
В работе всех теоретиков есть одна общая черта – они работают по-разному. Не подумайте, что я хочу сказать что-нибудь хорошее об их работе. У меня этого и в мыслях нет. Теоретики классической физики работали допотопными методами. Они начинали работу сначала стайками, потом в одиночку разбредались по переулкам и тропинкам и подолгу глазели на все, что попадалось на глаза: чирикал воробышек – смотрели на воробышка, плеснула рыбка в реке – ложились на живот и следили за рыбкой. Такой способ им был очень по душе, потому что все теоретики страшные бездельники, но тщательно скрывают это. Назовись теоретиком, и ничегонеделание становится напряженным обдумыванием темы. Но вы думаете, что это на самом деле так? Вы верите, например, что Ньютон специально сидел под деревом и ждал, когда на него упадет яблоко, чтобы открыть закон всемирного тяготения? Ничего подобного! Он просто отлынивал от работы. И я уже не говорю, что это по крайней мере непорядочно – открыть закон благодаря яблоку, а всю заслугу приписать себе.
Но в наши дни такой метод работы признан безнадежно устаревшим. Теперь теоретики предпочитают начинать работу с конца. И началось это с Эйнштейна.
В конце XIX века американский физик Майкельсон экспериментально (заметьте, экспериментально!) установил, что луч света нельзя догнать. С какой бы скоростью вы ни бежали вслед за лучом, он всегда уходит от вас со скоростью 300 тысяч километров в секунду.
Засучив рукава, теоретик-классик принялся за работу: поставил мягкое кресло под ночным небом и устремил немигающий взор на блистающие звезды. Но сколько он ни смотрел, путного объяснения опыту Майкельсона дать не мог. А Эйнштейн начал с конца: предположил, что свет обладает таким свойством, и все тут. Теоретики подумали немного – одни десять, другие двадцать лет, кто сколько мог, – и сказали: «Гениально!».
Как бы то ни было, теперь вы видите, что в основе теоретической работы лежат ясные, упрямые и понятные экспериментальные факты. Уже в середине работы теоретик основательно запутывает и затемняет их всяческими рассуждениями и математическими формулами, а к концу он может свободно выуживать из этого моря математики те выводы, которые он собирался получить с самого начала. Лучше всего, если эти выводы нельзя проверить экспериментально.
Вообще теоретики очень любят рассматривать принципиально ненаблюдаемые эффекты. Например, Дирак предположил, что существует сплошное море электронов с отрицательной энергией, которое нельзя заметить. Но если выудить из этого моря один электрон, то на его месте окажется дырка, которую мы принимаем за положительно заряженный электрон – позитрон.
Салам рассказывает, что подобные идеи не удивительны для Дирака. Он передает историю, которую до сих пор рассказывают в Кембридже. Дирак, будучи еще студентом, участвовал в математическом конкурсе, где в числе других была и такая задача. Подлинного ее текста у меня нет под рукой, поэтому я излагаю ее своими словами.
Три рыбака ловили рыбу на уединенном острове. Рыбка бодро глотала наживку, рыбаки увлеклись и не заметили, что пришла ночь и спрятала под своим покровом гору наловленной рыбы. Пришлось заночевать на острове. Двое рыбаков быстро заснули, каждый прикорнув под своей лодкой, а третий, немного подумав, понял, что у него бессонница, и решил уехать домой. Своих товарищей он не стал будить, а разделил всю рыбу на три части. Но при этом одна рыба оказалась лишней. Недолго думая, он швырнул ее в воду, забрал свою часть и уехал домой.
Среди ночи проснулся второй рыбак. Он не знал, что первый рыбак уже уехал, и тоже поделил всю рыбу на три равные части, и, конечно, одна рыба оказалась лишней. Оригинальностью и этот рыбак не отличался – закинул он ее подальше от берега и со своей долей поплелся к лодке. Третий рыбак проснулся под утро. Не умывшись и не заметив, что его товарищей уже нет, он побежал делить рыбу. Разделил ее на три равные части, выбросил одну лишнюю рыбу в воду, забрал свою долю и был таков.
В задаче спрашивалось, какое наименьшее количество рыб могло быть у рыбаков.
Дирак предложил такое решение: рыб было (–2). После того как первый рыбак совершил антиобщественный поступок, швырнув одну рыбу в воду, их стало (–2) – 1 = –3. Потом он ушел, унося под мышкой (–1) рыбу. Рыб стало (–3) – (–1) = –2. Второй и третий рыбаки просто повторили нехороший поступок их товарища.
Я мог бы еще долго рассказывать о теоретиках и их работе, но тороплюсь. Мне сказали, что один теоретик пишет рассказ под названием «Как работает физик-экспериментатор». Там-то все, конечно, будет поставлено с ног на голову. Мол, все законы теоретики предсказывали, а экспериментаторы только подтверждали, ну и многое другое. Поэтому спешу закончить. Вот не знаю только, как подписаться. Свою фамилию? Нет уж, оставьте! Как я потом работать буду: ни с одним теоретиком не посоветуешься. Подпишусь так:
Напечатано в сборнике «Пути в незнаемое», №2.
Читайте также
Как же он работает?
1942 год. 2 декабря Опыт в бассейне с золотыми рыбками Прежде чем рассказать о декабрьском событии 1942 г., вернемся на несколько лет назад (1934 г.) в солнечную Италию, в Римский университет.Помните, мы говорили об опытах группы «мальчуганов», возглавляемых Энрико Ферми? Облучая
Первый современный физик?
Первый современный физик? Настал момент, чтобы читатель типа Сагредо, поздравив Галилея с открытием нового закона, спросил: а чем уж так он отличается от закона Архимеда и чем, собственно, Галилей заслужил титул «отца современной физики»?Преимущество закона Архимеда
Теоретик-изобретатель
Теоретик-изобретатель Сахарову закрыли въезд на Объект, где он жил и работал почти двадцать лет, но власти не знали, что делать с «шалавым политиком», как выразился министр Среднего машиностроения, то бишь ядерных дел. 47-летний физик почти год был безработным, хоть и при
Физик, гражданин, директор
Физик, гражданин, директор Я считаю Абрама Исааковича одним из своих учителей (наряду с Ландау и Померанчуком). Он учил меня многому: глубокому, не формальному пониманию физики, умению работать, целиком отдавая себя делу, чувству ответственности, смелости и инициативе,
34. Как ракета работает в космосе, когда нет ничего, что бы ее толкало?
34. Как ракета работает в космосе, когда нет ничего, что бы ее толкало? Ключевой факт: в соответствии с третьим законом движения Ньютона, на каждое действие есть равная и противоположная реакция (противодействие).Это, безусловно, верно, когда вы бежите. Ноги давят назад на
123. Как работает телескоп?
123. Как работает телескоп? Телескоп буквально собирает звездный свет в фокусе. Линза (хрусталик) глаза делает то же, но телескоп собирает больше света, поэтому изображение ярче/подробнее.Первые телескопы использовали вогнутые линзы для фокусировки звездного света. Свет
130. Как работает нейтринный «телескоп»?
130. Как работает нейтринный «телескоп»? Нейтрино: субатомные частицы, возникающие в ядерных реакциях, генерирующих солнечный свет. Поднимите вверх большой палец: 100 млн млн таких частиц пронизывают его каждую секунду.Определяющая характеристика нейтрино: асоциальные
81 Почему луч поворачивает в стекле, или Как работает линза?
81 Почему луч поворачивает в стекле, или Как работает линза? Сейчас я поясню, почему стекло преломляет свет, то есть почему лучи «поворачиваются», изменяют свое направление, попадая в линзу или призму. Сразу надо сказать, что лучи поворачиваются или преломляются не всегда.
12. Физик – о несостоятельной философии С некоторыми замечаниями о несостоятельных научных теориях
12. Физик – о несостоятельной философии С некоторыми замечаниями о несостоятельных научных теориях Кстати, все, что я вам сейчас рассказал, представляет собой пример того, что я называю «история физики глазами физика», – а она всегда неправильна… Ричард Фейнман. КЭД –