Состояние современной физики
Состояние современной физики
Шаляпин А.Л. » Пт янв 18, 2008 8:56
ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ ФИЗИКИ ХХ ВЕКА С УЧЕТОМ НАКОПЛЕННОГО КОЛЕКТИВНОГО ОПЫТА
К настоящему времени в физике накоплен огромный по объему экспериментальный и теоретический материал, который может быть отражен лишь в многотомных изданиях. Одному ученому становится уже не под силу охватить разумом всю эту громаду знаний. Тем более что большая часть этой информации является слишком разрозненной, т.е. со слабыми связями между различными ее частями, а в ряде случаев - попросту противоречивой.
Это означает, что одна теория или концепция может фактически исключать другую. При этом ученых разделяют не только различные области знаний, но даже в отдельных конкретных задачах им становится все трудней и трудней найти общий язык, который становится все более формальным, математизированным и абстрактным.
Квазисовременная абстрактная физика превратилась в бесконечную и мало кому понятную систему, состоящую преимущественно из принципов, постулатов и математических моделей, назначение которых: количественные оценки усредненных характеристик атомных явлений.
Следует отметить, что задачи статистической физики элементарных частиц являются необычайно сложными. Из хаоса движущихся в разных направлениях частиц и случайных электромагнитных полей необходимо выявить определенные закономерности явлений и найти простые соотношения между отдельными усредненными параметрами тех или иных процессов.
Хорошо известно, что Классическая статистическая физика, которая включает в себя, кроме Статистической механики и Молекулярной физики, также Термодинамику и Механику сплошных сред с функциями распределения физических величин, является составной частью Фундамента теоретической физики. В Квантовой же механике классической статистической физике отведено очень скромное место некоторого предельного случая для макроскопических параметров - наблюдаемых величин. При этом обычные хорошо известные со времен Максвелла и Больцмана функции распределения физических величин заменены пси-функциями, хотя, например, у Д.И. Блохинцева, все же упоминается, что пси по модулю в квадрате 2 – это все-таки функция распределения электронной плотности в атомах, молекулах и веществе [1]. Но ведь функции распределения динамических переменных были введены Максвеллом, Больцманом и Гиббсом еще в ХIХ веке. Таким образом, после долгих поисков в рамках статистической физики круг замкнулся.
Квантовая механика пытается взять на себя роль статистической физики, однако это произошло в несколько абстрактной форме, как, например, в корпускулярно-волновом дуализме.
Что же представляет собой квантовая физика с современной точки зрения? Это – хорошо отлаженный математический аппарат для вычисления усредненных характеристик атомных систем в рамках статистической механики микромира. При этом характер траекторий частиц, механизмы образования силовых полей и вообще механизмы физических явлений в этой теории не принимаются во внимание. Все сводится к формальным математическим моделям, которые значительно упрощают рассмотрение процессов и позволяют успешно выполнять необходимые инженерные вычисления. Однако такая физика не может претендовать на роль фундамента в теории, поскольку многие положения в ней постулируются на основе экспериментальных данных, а не получаются из рассмотрения реальных движений частиц и полей, а также механизмов физических явлений. При таком формальном подходе трудно разграничить отдельные физические явления между собой или выявить причинные связи между отдельными явлениями. Решение большинства задач заканчивается, как правило, только на получении некоторых количественных усредненных характеристик рассматриваемых сложных систем, но не на глубоком анализе происходящих процессов.
Статистический подход к явлениям микромира, независимо от классического или квантового характера, изначально не рассматривает физику процессов, но это совсем не означает, что сложных физических процессов и механизмов не существует, или их нам не дано понять в принципе. В подходе, продиктованном квантовой теорией, при анализе явлений микромира совершенно необоснованно утверждается агностицизм, т.е. непознаваемость физических механизмов тех явлений, которые происходят в атомах, молекулах, кристаллах, а также при их взаимодействии с излучением и другими полями.
Именно в статистической физике микромира проявилось наибольшее непонимание многочисленных эффектов, которые известны как квантовые явления в мире элементарных частиц. До сих пор не понята до конца сущность квантовой механики, на протяжении многих лет продолжается ее разгадка и переинтерпретация.
Что же случилось с физикой в ХХ столетии? Попытаемся в этом разобраться.
В начале ХХ века ведущие физики усомнились в справедливости классических методов исследования явлений микромира и попытались пересмотреть основные положения классической физики. Все это происходило под романтическим девизом “революция в физике”.
Нововведения, сделанные Планком и Эйнштейном, были восприняты научной общественностью как “революция в физике”. На самом же деле все это напоминало скорее капитуляцию перед микромиром и продолжение ее кризиса, поскольку новую физику перестал кто-либо вообще понимать.
Целью этого процесса было следующее: вместо решения сложнейших задач физики микромира традиционными методами статистической физики разработать такие математические методы анализа и расчета, где все явления в микромире можно было бы свести к некоторым эквивалентным формальным, т.е. абстрактным схемам, построенным лишь на условностях, некоторых принципах и постулатах. Что ж , это – самый обычный инженерный подход для облегчения решения прикладных задач.
Параллельно создавалась как бы вторая физика – квантовая механика, претендующая на роль главной науки в физике микромира. Микромир это ведь не только электроны и атомы, это и вся наша энергетика, современная электроника, ядерное оружие и многое другое.
Таким образом, “новая и непонятная” физика, свалившаяся как снег на голову, сразу поставила под угрозу физику старую, испытанную, классическую, которая оказалась в глубоком кризисе. Однако дело было не в классической физике. Просто ученые еще не научились решать такие сложные задачи, которые им встретились в мире атомов. А когда задача не решается, физик готов подвергнуть сомнению все без исключения. Получалось так, что стройное здание классической физики, возведенное трудом многих и многих поколений ученых разных стран, могло в любую минуту рухнуть.
Ввиду необычайной сложности возникших задач физики микромира, которые на протяжении длительного времени не поддавались решению в рамках классических представлений, у многих ученых создалась иллюзия, что иного пути и не существует. Происходила всеобщая ломка традиций, устоявшихся физических понятий, представлений о природе явлений.
Лоренц подходил вполне осознанно к возникшим проблемам в физике. На I Сольвеевском конгрессе в 1911 году он отмечал те трудности, которые переживала тогда наука [2]: “...нас не покидает чувство, что мы находимся в тупике; старые теории оказываются все менее способными проникнуть во тьму, окружающую нас со всех сторон”. И в то же время он предостерегал об опасности безоговорочно доверять теориям новым: “...принципы, на которых будут построены эти теории, должны, во всяком случае, обладать не меньшей точностью, чем принципы нынешней механики. Так вот, именно эта точность, мне кажется, отсутствует еще в новых теориях...”
На некоторое время новаторам физики удалось создать впечатление, что все идет вполне благополучно, поскольку были разработаны достаточно эффективные методы вычисления различных усредненных характеристик физических явлений, т.е. так называемых “наблюдаемых величин”. Однако до понимания сути этих расчетов и новых понятий было всегда далеко. Недаром новые гипотезы и методы, не подкрепленные вескими обоснованиями, воспринимались с большим недоверием в кругах физиков-реалистов того времени.
На V Сольвеевском конгрессе некоторые авторы квантовой теории, в числе которых был, прежде всего, Гейзенберг, считали, что физическая теория достигла своего совершенства. “...нашей партии, я полагаю, удалось победоносно отразить все нападения” – утверждал Гейзенберг [3]. Однако это не совсем так: всех нападений отразить не удалось, разногласия исчерпаны не были (даже в самой копенгагенской школе), стороны не пришли к соглашению. Поль Ланжевен, например, заявил, что на конгрессе “путаница в мыслях достигла своего максимума”. По образному сравнению Эренфеста, все это напоминало “смешение языков, нарушившее строительство Вавилонской башни”.
Планк на последнем Сольвеевском конгрессе оказался в тени. Планк, Эйнштейн, Лауэ, де Бройль, Шредингер и ряд других физиков так никогда и не были удовлетворены “копенгагенской интерпретацией” квантовой механики. Тем не менее, она сделалась общепринятой, поскольку отсутствовали альтернативные варианты решения рассматриваемых задач.
Чтобы как-то оправдать нетрадиционные методы анализа в глазах научной общественности, была разработана целая философская система нового квантового мышления в рамках квантовой механики.
Классической физике в ХХ веке было отведено весьма скромное место. Планк занял здесь среднюю позицию. В 1928 г. в речи, посвященной памяти Лоренца, он с уверенностью заявил, что “классическая физика заведомо должна войти в новую”[4].
Идеализм в физике проявляется обычно в том, что из множества физических эффектов вырываются какие-то отдельные наиболее яркие признаки, отрываются от реальных процессов и причинно-следственных связей, возводятся в ранг принципов и постулатов и объявляются истиной в последней инстанции. Когда же факты указывают на всю противоречивость подобного подхода, то авторы новых теорий всячески стараются эти факты либо замалчивать, либо интерпретировать произвольным образом, либо придумывать для этого особую идеологию или философию, отличную от традиционной. С течением времени выясняется вся ограниченность подобных теорий. В качестве наиболее яркого примера новых фактов можно привести обнаружение эфира как материальной среды с помощью новейших приборов и методик в конце ХХ века в ряде лабораторий мира.
В рядах ведущих физиков произошел явный раскол. Многие из них позже спохватились от нововведений: одни тихо роптали, другие высказывали явное недоумение. Среди них был сам М. Планк – один из инициаторов переворота в физике, который всю свою жизнь пытался понять физический смысл введенной им константы h, а также согласовать решение задачи по определению спектрального состава излучения абсолютно черного тела с законами классической физики.
Здесь просматривается вера Планка в классическую физику. Теперь мы знаем, что квантовая теория – это просто статистическая физика микромира, это – часть классической физики. Однако Планка терзают сомнения. За пять лет до смерти в статье “Смысл и границы точной науки” он писал “...с современной точки зрения мы должны признать наивным реализм классической картины мира... Однако никто не сможет предугадать, не скажут ли в будущем того же и о нашей современной картине мира” [4].
Возражения и даже критика новой теории исходили от А. Эйнштейна, Э. Шредингера, А. Ланде, П. Дирака, Р. Фейнмана и других видных физиков. Натиск новых математических методов был настолько велик, а альтернативных вариантов решения основных задач микромира в рамках классических представлений в течение длительного времени так и не было предложено, что разрозненные проявления здравомыслия ведущих физиков остались без особого внимания.
В физике ХХ века на место классического описания реальных процессов и механизмов физических явлений пришли различного рода условности, математические абстракции, малообоснованные теоретически, т.е. эмпирические принципы и постулаты. Усиленно математизируя физику, многие ученые полагали, что это и есть тот идеал, к которому надо стремиться, когда все закономерности в природе удастся выразить в виде абстрактных математических выражений. Электромагнитную теорию Максвелла – Лоренца перевели на тензорный язык с ковариантными и контравариантными индексами. Считалось вершиной успеха, если удавалось записать уравнения Максвелла в тензорной и релятивистски инвариантной форме в одной строке. Но что же скрывается за всеми этими уравнениями и индексами, какие процессы в физическом вакууме и какие механизмы явлений?
В таком виде задача, как правило, серьезно и не ставилась, хотя подобные вопросы все же неоднократно были заданы и А. Эйнштейном, и Р. Фейнманом, и П. Дираком, и многими другими видными теоретиками.
Главное, что выступает на первое место почти во всех квазисовременных абстрактных теориях – это что-нибудь рассчитать, получить количественные характеристики, пусть даже и с помощью эмпирических постулатов, методом подбора функций и коэффициентов разложения в ряд – лишь бы сошлось с опытом. Таким образом, конечной целью теории являлись расчеты инженерного характера без глубокого проникновения в физическую сущность явлений.
Многие физики, без особых на то оснований, считают, что Эйнштейн освободил физику от эфира [5]. На самом деле это далеко не так, поскольку впоследствии Эйнштейн всерьез занялся проблемой эфира.
Планк также имел об эфире неопределенное мнение и охарактеризовал эфир как “дитя классической науки, зачатое во скорби”. Так к чему, считали они, эта условно-гипотетическая среда, наделенная какими-то “сверхособыми свойствами”? Многие хотели построить иную механику, которая бы в корне отличалась от механики Ньютона.
Например, сложный волновой процесс взаимодействия электронов и позитронов с физическим вакуумом обозначен просто условным словом “заряд”, либо виртуальными фотонами, которых по всей вероятности попросту не существует в природе. Безусловно, такие понятия, как заряд и фотоны очень удобны для численных инженерных расчетов, однако они не отражают реальных процессов в силовых полях. Это можно назвать не более чем “инженерный подход” к решению задач.
Термин “заряд” в случае электрона и позитрона использован явно не по назначению. Ведь эти частицы никто и никогда ничем не заряжал и не разряжал. Здесь, по всей вероятности, допущены и логическая и семантическая ошибки. Требуется лишь все это тщательно проанализировать и исправить.
Более последовательным и логичным подходом к рассмотрению силовых полей, на наш взгляд, является не преобразование полей при переходе в новую подвижную систему координат, а деформация поля за счет запаздывания рассеянных продольных кулоновских волн при движении электрона в физическом вакууме. По поводу продольных волн кулоновского поля ничего не говорится в учебниках физики, хотя и признается существование продольных волн в плазме в электродинамике сплошных сред. Но ведь эти волны и определяют, главным образом, все силовые взаимодействия между частицами в физическом вакууме. Хорошо известно, что электрическое поле распространяется в физическом вакууме и в других средах не мгновенно, а в виде некоторого волнового процесса со скоростью с. По этой причине и были введены в электродинамике силовые запаздывающие потенциалы Льенара и Вихерта.
Чтобы ощутить реальность продольных электрических волн, достаточно вспомнить тот факт, что при передаче электроэнергии по проводам в них с огромной скоростью, близкой к скорости света, двигаются не электроны, а передается именно такая продольная волна, которая многократно рассеивается на электронах вещества. Продольные магнитные волны могут быть реализованы в магнитопроводах.
Физика ХХ столетия как основополагающая и мировоззренческая наука полна противоречий, внутренне больна, и эта болезнь приобретает все более и более хронический характер. Все это происходит из-за того, что ее стараются канонизировать, т.е. заключить в рамки абсолютных абстрактных истин. История физики уже неоднократно доказывала всю бесперспективность подобного курса.
Позитивизм в физике, с которым в свое время усиленно боролся М. Планк на рубеже веков, как раз и проявляется в нежелании вникать во все тонкости процессов и механизмы явлений в природе.
Фундаментальная физика предъявляет очень высокие и даже, можно сказать, жесткие требования к отбору новых гипотез. Не секрет, что в квазисовременной абстрактной физике существует огромная паутина, состоящая порой из сомнительных гипотез, постулатов или концепций. Однако до сих пор не существовало надежного фильтра для их просеивания.
Всем хорошо известно, что процесс обучения физике и в школе, и в вузе сопряжен с очень большими трудностями. Далеко не всем удается успешно освоить даже курс общей физики. Современная физика необычайно сложна. Абстрактные построения еще больше затрудняют понимание и изучение современной физики. В результате образовался обширный океан шумовой информации, в которой практически никто уже не способен достаточно свободно разобраться. По мнению нобелевского лауреата, известного теоретика Абдуса Салама “современная физика достигла такого предела, когда в ней уже ничего нельзя доказать или опровергнуть, а молодые люди находятся в поиске новых красивых теорий” (из нобелевского выступления по телевидению А. Салама).
Считается, что квантовая механика является непротиворечивой замкнутой теорией. Однако эта оценка сделана с позиций самой этой теории с использованием только ее понятий и математического аппарата. Подобных теорий существует много. Взять, к примеру, теорию групп, квантовую хромодинамику или теорию струн. Детальный анализ квантовой механики с общих позиций классической физики и с учетом всего накопленного опыта выявляет ограниченность этой теории, ее замкнутость внутри себя, неспособность непротиворечиво объяснить все физические явления, наличие многочисленных парадоксов.
Квантовая механика - это статистическая физика микромира, и она входит как составная часть в единую физику. При этом необходимо помнить, что последнее слово всегда остается за экспериментом. Если эксперимент показывает нам, что фотонов в природе не существует, то уже никакие доводы в их пользу не смогут повлиять на этот опытный факт. Природа не может быть абсурдной и запутанной, как она иногда представлена в ряде квазисовременных абстрактных теорий. Для прояснения ситуации, прежде всего, необходимо исправить допущенные неточности при описании физических явлений.
В огромной массе исследователей зреет неудовлетворенность существующей абстрактной физикой. При этом преподаватели, как правило, не имеют возможности вникать во все тонкости и противоречия квазисовременных теорий. Они просто объявляют эти теории непонятными, однако стараются верить во все, что написано в учебниках. Замалчивание же противоречий не является разумным методом разрешения накапливающихся трудностей в теориях.
С появлением в квазисовременной физике каждой новой абстрактной теории, например, теории струн или суперструн по аналогии с квантовой механикой мировому научному сообществу стараются подарить надежду на то, что вот, наконец, наступит ясность в понимании процессов в микромире, и природа раскроет свои тайны.
Однако проходит время, а существенного прогресса порой так и не получается. Последний пример тому: струнные и суперструнные теории. По недавнему признанию В.Л. Гинзбурга, прошло уже более тридцати лет со времени возникновения струнной теории частиц, и около 15-ти лет существует суперструнная теория, но они не дали до сих пор каких-либо существенных результатов. Отошла на задний план мезонная теория ядерных сил. Более полувека минуло с тех пор, как Р. Фейнман начал бороться с расходимостями и бесконечностями в квантовой электродинамике, но до сих пор эта проблема осталась нерешенной. Создается лишь видимость бурного развития теоретической физики, однако многие проблемы так и остаются нерешенными.
Чем дольше не решаются физические задачи в рамках классических представлений, тем больше ученые привыкают к абстрактным теориям и понятиям и, в конце концов, приходят к заключению, что иначе и быть не может. А это – самое страшное, поскольку происходит блокирование научного мышления. Большая неосведомленность многих исследователей в классических методах решения задач приводит к тому, что они начинают с большим недоверием относиться к классической физике, а зачастую и просто отвергают классический подход с самого начала. При этом у студентов воспитывается небрежное отношение к классическому наследию, в результате чего вырастают все новые и новые поколения молодых ученых, не принимающих классическую науку всерьез и вообще слабо понимающих физику реальных явлений.
“Многие студенты с трудом воспринимают некоторые идеи квазисовременной абстрактной физики, особенно это касается квантовой теории. Идеи квантовой теории часто оказываются в противоречии со “здравым смыслом”. Аналогичное расхождение со здравым смыслом наблюдается и в СТО” [5].
По поводу существующих парадоксов в той или иной теории достаточно ясно высказался Р. Фейнман [6]: “Разумеется, в физике никогда не бывает настоящих парадоксов, потому что существует только один правильный ответ; по крайней мере, мы верим, что природа поступает только единственным способом (и именно этот способ, конечно, правильный). Поэтому в физике парадокс – всего лишь путаница в нашем собственном понимании”.
Есть ли выход из создавшегося положения? Если мы не научимся понимать сущность физического явления и его механизм, то нам грозит участь утонуть в безбрежном потоке абстрактной информации (т.е. в самых обычных фантазиях).
Выход может быть найден, если в квазисовременной абстрактной физике удастся устранить имеющиеся противоречия и выделить наиболее существенную ее часть, которая и будет представлять собой основу фундаментальной физики.
Часто бывает так, что нет особой необходимости в построении, во что бы то ни стало, новой искусственной теории с введением формальных постулатов и принципов. Нужно просто постараться разгадать реальный процесс, механизм изучаемого явления и подобрать для его описания и расчетов подходящий математический аппарат. Фундаментальную физику предпочтительнее разрабатывать на основе рассмотрения реальных процессов, происходящих в природе, а не из искусственно введенных принципов и постулатов.
С раскрытием механизмов явлений микромира многие вопросы, связанные с взаимоотношением между классической и квантовой теориями отпадут сами собой, поскольку останется единая физика.
Из опыта решения многих задач, как в математике, так и в физике известно, что одна и та же задача может быть решена несколькими методами. Как правило, стараются отыскать более короткий и более понятный способ решения. Поэтому строить атомную теорию только на основе теории измерений, как это представлено в квантовой механике, не является вполне корректным подходом, если при этом не рассматривать и другие пути.
Квантовая теория, к примеру, не может обойтись без фундаментальных классических законов сохранения, без многих классических понятий, классическая же физика способна полностью решать сложнейшие задачи в единой системе понятий. Без сомнения классическая физика является более привлекательной как цельная наука.
В классической физике, как правило, решение сложнейших задач доводятся до рассмотрения мельчайших подробностей и механизмов. Ведь ученые всегда стремились к более стройной, упорядоченной системе знаний о природе, начиная с великих философов древности и до настоящего времени.
При рассмотрении коллективных движений и взаимодействий частиц, используют, как правило, статистические методы анализа процессов, как это было сделано в свое время Максвеллом и Больцманом. Однако из этого совсем не требуется делать каких-либо далеко идущих философских выводов о непознаваемости данных явлений или об отсутствии у частиц реальных траекторий.
В классической статистической физике функции распределения физических величин используются для спектрального Фурье-анализа статистических закономерностей в атомах, молекулах и кристаллах.
В процессе решения ключевых задач физики ХХ века на основе классических представлений [7] мы убедились в том, как теоретические построения, основанные на сомнительных гипотезах и постулатах, не выдерживая элементарной логической проверки на достоверность, рассыпаются как карточные домики. Если какая-либо задача решена классически, то это означает, что достаточно хорошо понят механизм физического явления, и тогда привлекать дополнительно какие-то абстрактные гипотезы или постулаты просто не имеет никакого смысла. Они сами отсеиваются в результате естественного отбора, поскольку жизнь отбирает все лучшее и более надежное.
С построением фундамента теории дальнейшее развитие физики как теоретической, так и экспериментальной приобретет вполне осмысленный и рациональный характер. Это уже не будет случайный поток красивых, но бесполезных гипотез, концепций и теорий. Каждая новая идея должна пройти тщательную проверку на достоверность, т.е. быть согласована со всеми известными законами физики.
Хорошо развитый фундамент физики позволит предсказывать результаты сложнейших экспериментов без строительства все новых и новых гигантских ускорителей, поглощающих огромные материальные ресурсы. Зачем же строить еще один более мощный синхрофазотрон или суперколлайдер, для того чтобы проверить еще одну чью-то гипотезу или искать еще одну затерянную в микромире частицу?
Фундаментальная физика по своему определению означает единый подход к природным и физическим явлениям. Эта теория способна заново сплотить всех ученых и научить их понимать друг друга. При этом физика может стать намного легче в изучении и вообще интереснее, если будет найдена ясная центральная идея, которая будет способна связать логически в единое целое все основные явления природы. В этом случае для объяснения и описания этих явлений потребуется значительно меньше абстрактного математического аппарата, поскольку будут ясны сами происходящие в полях процессы, понятны механизмы физических явлений. Чтобы отбросить излишние теоретические иллюзии в физике, очень полезно вместо выражений типа “новый квантовый закон” использовать такое выражение как “упрощенная модель” эффекта, процесса или явления. Тогда станет понятным приближенный характер используемой теории.
Когда между многими явлениями будут установлены четкие связи, то и изучение их станет весьма увлекательным занятием.
Разве не является привлекательным попытаться разгадать характер реального движения электронов в атомах, молекулах и веществе, электронов и позитронов в нуклонах и ядрах и на основе анализа этих раскрытых движений вывести все уравнения электродинамики, статистической атомной физики и квантовой механики? Этим самым будет снят покров таинственности и в целой области физики микромира. Вслед за этим прояснится природа спина электронов и нуклонов, природа массы частиц, а также и гравитационного поля.
Можно также полагать, что более естественным является предположение о том, что поперечные электромагнитные волны всегда излучаются только электронами и позитронами, поскольку они рождаются при ускорениях этих частиц и обусловлены модуляцией электрических продольных волн. Это было убедительно доказано в классической электродинамике Максвелла – Лоренца с использованием запаздывающих силовых потенциалов Льенара – Вихерта. И подобные примеры имеются в истории физики. Достаточно назвать такие явления как электричество, магнетизм, электромагнитные колебания, волны и свет, которые были блестяще объединены в электромагнитной теории Максвелла – Герца – Лоренца. И в настоящее время эта теория успешно развивается на основе эфирных представлений.
В последнее время выяснилось, что большинство ключевых задач атомной физики ХХ века достаточно просто и успешно решается методами статистической физики в рамках обычных классических представлений, а все так называемые “квантовые эффекты” являются всего лишь следствиями решения дифференциальных уравнений статистической физики. В свою очередь, эти уравнения статистической физики, в том числе и знаменитое уравнение Шредингера, которое никто в ХХ веке не смог ни вывести, ни достаточно убедительно обосновать в рамках квантовой теории, достаточно просто и наглядно выводятся статистическими методами в рамках классической физики с использованием хорошо известных законов физики и теорем. Не следует сбрасывать со счета и тот факт, что закон сохранения полной энергии отдельной частицы или системы частиц для консервативных систем, который занимает центральное место во всей современной теоретической физике, является прямым следствием – первым интегралом движения во втором законе Ньютона.
Иногда этот закон с легкой руки теоретиков называют принципом сохранения энергии по аналогии с принципом наименьшего действия или другими принципами и постулатами физики ХХ века. Из второго закона Ньютона выходят такие понятия как инертная масса тела или частицы, потенциальное силовое поле, способное ускорять материальные объекты, в результате чего осуществляется превращение потенциальной энергии в энергию кинетическую при сохранении полной энергии.
Особенностью фундаментальных классических теорий является то, что все они обладают преемственностью. Это означает наличие тесной логической связи между отдельными теориями и разделами физики, постепенный и непрерывный переход из одной теории в другую, минуя ломку каких-либо понятий, законов и принципов. Хотя классические теории предстают вначале как простые и ограниченные, при этом всегда предполагается непрерывное совершенствование применяемых моделей, наращивание дополнительных членов в уравнениях с целью проведения все более точных вычислений, последовательное увеличение числа учитываемых факторов. Ведь именно эти методы анализа и многое другое были заимствованы из классики квантовой теорией в теории возмущений для учета тонких эффектов в атомных спектрах. Таким образом, классические теории всегда открыты для их совершенствования. Они предполагают неуничтожимость и несоздаваемость материи и основной формы ее существования – движения со всеми основными законами сохранения, предполагают наличие причинно-следственных взаимоотношений между объектами природы.
Классические физические теории представляют собой единую, стройную, логически связанную систему знаний. Характерная черта этой системы – ее материалистичность, поскольку все ее построения основываются на материальных телах, материальных средах, их движениях и на реальных силовых полях. Энергия рассматривается как мера движения материи.
Математика в классической теории подчинена физике, но ни в коем случае не наоборот и у исследователя выполняет лишь роль инструмента для вычислений.
Статистическая физика как теория случайных процессов объединяет в себе статистическую механику, молекулярную физику, механику сплошной среды и термодинамику. Как было показано в последнее время, сюда же можно отнести и квантовую механику как составную часть статистической физики микромира.
Что касается упругих явлений в средах – теории колебаний и акустики, то они ближе всего расположены к электродинамике. И действительно, удалось показать, что электромагнитные явления в вакууме можно отнести к акустическим явлениям физического вакуума как сплошной среды. На этом же направлении просматриваются природа массы частиц, ядерные взаимодействия и гравитация.
При таком подходе достаточно хорошо удается объяснить природу электрического заряда электрона и позитрона как способность этих частиц рассеивать в различной фазе нулевые колебания физического вакуума. Эти колебания вакуума, являясь по своей природе случайными волнами в сплошной среде, проявляют себя как изотропное реликтовое излучение со сплошным спектром. Эти же колебания при воздействии на электроны атомов приводят к сдвигу Лэмба в спектрах водородоподобных атомов.
В классической физике стараются обходиться, как правило, без каких-либо искусственных постулатов и заменяют их строгими логическими выводами, понятно доказанными математическими теоремами, четкими и ясными доказательствами тех или иных выводов теории. С классических позиций становится сравнительно несложно анализировать и вскрывать имеющиеся противоречия в квазисовременной абстрактной физике и успешно их устранять, способствуя тем самым построению фундамента физики.
Успешное развитие классической электродинамики позволит в ближайшем будущем объединить все известные к настоящему времени взаимодействия в природе с помощью логической цепочки в одно целое и тем самым наилучшим образом их понять. Благодаря своей логической мысли человек способен проникнуть вовнутрь изучаемого объекта и добыть порой информации значительно больше, чем нам могут дать известные самые совершенные измерительные приборы.
Классическая физика микромира в настоящее время развивается достаточно успешно, чего нельзя сказать о квантовой теории, если не считать, конечно, ее успехов в развитии вычислительных методов.
Классический подход в физике дает ясную наглядную картину явлений в микромире. Все это дает большое преимущество и для учебного процесса, да и для дальнейшего развития всей физики.
При знакомстве с новыми квазисовременными абстрактными теориями, возможно, будет лучше, если студентам не представлять картину физики в радужном свете, говоря о совершенстве и законченности теорий, а последовательно знакомить с реальной ситуацией в физике, обращая внимание на нерешенность целого ряда проблем. Дальше молодой человек сам разберется, как ему поступить, или подключиться к этим задачам, или выбрать практическую деятельность в прикладных областях.
Преподаватель физики всегда должен стоять на ступеньку выше того, что изложено в учебнике, иначе его роль сводится к минимуму, поскольку можно просто все это прочесть в учебнике.
Литература
1. Лоренц Г.А. Старые и новые проблемы физики. М.: Наука, 1970, с.98-99.
2. Гейзенберг В. Физика и философия. М.: ИЛ, 1963, с. 24.
3. Планк М. Смысл и границы точной науки. – Вопр. Философии, 1958, N5, с.106.
4. Кляус Е.М., Франкфурт У.И. Макс Планк (1858- 1947). – М.: Наука, 1980. - 392 с. С.80
5. Тригг Дж. Решающие эксперименты в современной физике. М.: Мир, 1974, с.7.
6. Фейнман Р., Лэйтон Р., Сэндс М. Фейнмановские лекции по физике. Электродинамика. М.: Мир, 1977. Вып. 6. C.59.
7. Шаляпин А.Л., Стукалов В.И. Введение в классическую электродинамику и атомную физику. Второе издание, переработанное и дополненное. Екатеринбург, Изд-во Учебно-метод. Центр УПИ, 2006, 490 с.
