Зачем Лев Толстой доказывал самому себе теорему Пифагора
Дата: 27/06/2014
Тема: Физики и Мироздание


Д.А.Тайц, к.ф.-м.н. 

Среди тех, кто занимается или интересуются наукой, известна знаменитая, знаковая фотография легендарного физика 20 века Ричарда Фейнмана.   Блистательный ученый (художник, музыкант)  широким жестом выражает радость постижения и предлагает  другим присоединиться к ощущению этого счастья. (Данная фотография - шедевр фотоискусства). Не постижение (слово – то какое!), но устремленная на это наука – важнейший признак культурного измерения цивилизации.



Ричард Фейнман

Наука, в одном из важных своих назначений – культура, и необходима в том же смысле, как и искусство. Это относится  не только и не столько к поиску знания,  сколько написанию картины мироустройства. Великий Вольфганг Паули: «Попытка понять Вселенную – одна из вещей способных приподнять человеческую жизнь над уровнем фарса и придать ей черты высокой трагедии». Изо всех попыток постижения человеком самого себя и мира, изо всех порождаемых учений и систем, только один род духовной работы никогда не устаревал, а результаты передавались из века в век из тысячелетия в тысячелетие. Работы Архимеда, Пифагора, Демокрита – фундаментальный вклад, даже если исходить из понятий современной теоретической физики. Наука Эвклида – совершенный идеал, неколебимая опора и образец построения всех форм точного дисциплинированного, ответственного знания. В отличие от религиозных и этических учений, декларирующих добро и истину, быстро устаревающих (успев наделать  при этом немало зла), результаты математического творчества, гарантируя радость понимания, переходят в последующие эпохи, сохраняясь без изменения в основной части наук.

Греческая математика, атомизм, учение Коперника, Кеплера, Галилея, Ньютона, Фарадея, Максвелла – входят в развивающуюся науку как фундаментальные элементы, без грифа «устарело». И нет ни малейшего сомнения, что рожденный ХХ веком квантово-релятивистский характер  науки тоже сохранится. («Будет определять стиль законов в течение, по крайней мере, нескольких столетий» – В. Паули в письме М. Борну).  А вот высказывание великого метаматематика Г. Харди: «Архимеда будут помнить, даже когда забудут Эсхила потому, что языки умирают, тогда как математические идеи бессмертны… математик имеет лучший шанс на бессмертие, что бы оно ни означало». 
             
Науки точного, проверяемого знания, т. е. возрастающие  через математику и с математикой, всегда влияли на цивилизацию и общество в первую очередь через материальную компоненту и, со сдвигом по времени, на культуру. Имеется в виду  прорастание понятий и идей науки в языке, взглядах, интересах, в формах и стиле социальной жизни обычного общества, а не только   ученого сословия. Учения Эвклида, Архимеда  стали интересны образованной публике в Европе после появления университетов в начале второго тысячелетия (более чем, через тысячу лет после их авторов). Вселенная Коперника сразу оценена и принята астрономами, ученым миром (с риском для жизни),  вопреки тому, что каноник провозглашал совершенно неестественную, противную здравому смыслу доктрину о том, что Солнце и звезды пребывают в покое, а движется Земля.   Этот переворот  установки миропонимания (Лютер осмеял и назвал Коперника глупцом), лет через сто был  признан и вошел в мир культуры образованной Европы, в том числе и   темой салонных разговоров.

Ньютонова физика недолго была достоянием только математиков и инженеров, менее чем  через пол столетия она находит себя в литературе  (Блейк, Вольтер, Ломоносов…). Еще короче этот интервал для науки  Фарадея и  Максвелла… 1896 год, среди университетской публики лекцию о рентгеновских лучах слушает Лев Толстой. Электромеханика, радио, телефон – темы обсуждения не только  как о средствах  обустройства жизни.  Лежащая в  основании «этих средств» наука стала  частью обыденного мировоззрения и темой разговора. Но, что еще более существенно некие понятия и конструкты  научного обихода прочно встроились в манеру общения обычного обывателя.  Люди обсуждают науку, как в какой-то мере их лично касающуюся вещь.

Рекорд скорости внедрения в сознание публики и обиход сведений о существовании  «новой» науки, поставили теория относительности и квантовая механика. Налицо удивительный парадокс. Обсуждения, дискуссии среди ненаучной, интеллигентской, артистической, литераторской среды начались через несколько  лет после начальных шагов релятивизма и квантов  и за пару десятилетий  до того, как проявилась возможность получения от них пользы. И с самого начала  обсуждения   необычных теорий  часто омрачались выпадами и  высказываниями, не имевшими отношения к наукам.

Даже  некоторые государства в теориях   усматривали идеологическую диверсию. Элементы  шизофрении можно видеть в  отношением к этому  властей   Германии и СССР.  Рейхсфюрер Гиммлер категорически предостерегал  научного руководителя атомного проекта Вернера Гейзенберга от контактов и открытых ссылок  на адептов неарийской физики (учителей и друзей ученого). В СССР отдел науки ЦК ВКПб, АН, Кафедры физики разоблачают, угрожают и преследуют  носителей идеологии космополитизма, врагов материалистической науки, сторонников  реакционной копенгагенской школы, низкопоклонников, пособников создания вредоносного идеалистического оружия. Парадокс в том, что именно  последователям  этой школы в строго засекреченных условиях Сталин поручает создать атомную бомбу. 

Прошло семьдесят лет…
 
Вполне можно понять ощущение неудовлетворенности у тех, кто сталкивается или начинает изучать разделы, связанные с квантовой механикой и релятивистской физикой. Источник  интеллектуального дискомфорта не сложная изощренная математика, а введение понятий и открытие свойств изучаемых объектов,  обособленных и даже несовместимых с привычными формами чувствования и восприятия. Действительно, квантовый микромир, макромир астрофизики поставляет  фантастические   картины,  необычные понятия, «алогичное» поведение объектов и  оксимороны типа: «виртуальное существование». Такое,  допускалось и даже характерно лишь для  искусства,  карточных или  интеллектуальных игр. В самом деле, эта особенность науки, как это сейчас стало ясно, оказалась востребована культурой. Примеры можно найти в поэзии, прозе, даже в характере, например, нонфигуративной живописи. Такой характер влияния и проникновения напоминает использование в искусствах образов из античного пантеона.

Оказалось, эфемерному,    глубоко запрятанному крошечному объекту, «нелепому», с невыразимыми обычными  словами свойствами, присуще реальное,  мощное проявление – возможность влиять и даже формировать само существование макромира. Парадокс порождает парадокс. Именно те не представимые  чувственному опыту факторы субатомного мира: нелокальность, вероятность, дополнительность взаимно связанных параметров, энергия флуктуирующей пустоты, обращение вещества в энергию и, наоборот, неэвклидовость, дифракция вещества – обеспечивают в чувственном мире  возможность существования макрообъектов  и нас, мыслящих.

Быстрота появления совершенной, красивой, детально  проработанной науки  объясняется не только напором   молодых амбициозных ученых, парадоксально думающих, математически одаренных и, в то же время, имеющих классическое образование. Им повезло, они пошли в науку, когда в лабораториях уже  разработана  экспериментальная техника на базе открытий двух гениев – одного  почти не знавшего математику, другого ею сверходаренного:   Фарадея и Максвелла. Гимназисты начала века взрослели, под грозовым облаком дерзкого вызова Макса Планка.   Квантовая механика (электродинамика) – КМ (КЭД) блистательно демонстрирует свою истинность феноминальной точностью  предсказаний (десятая значащая цифра),  подкупает гипнотической красотой математического аппарата.

Новая, казалось, неприступно абстрактная, далекая от реальности   КМ уже через сорок лет после возникновения одарила промышленную технологию, вычислительную технику, транспорт, энергетику, управление, передачу информации. Появилась немыслимая прежде форма интерактивной    видео культуры…. Чтобы стать грандом технически развитого информационного общества, КМ  потребовалось втрое меньше времени, чем таким серьёзным прикладным наукам, как электромеханика,  физика твердого тела, гидро и аэродинамика,  термодинамика. Конечно,  триумф новой науки стал возможен и потому, что она водрузилась на широких    плечах классической физики (электродинамики и механики). Лазер, реактор, сверхпроводящие магниты, память, локация, видео, «сквозь видение», неконтактный контроль и управление… Летящий самолет «подвешен» на луче меж двух квантовых усилителей, одного на Земле  другого на стационарной орбите (между прочим, управление самолета отнюдь не работа рычагами!).

Критикуют, и даже не принимают  КМ за «материализацию» полей комплексных функций, непредставимость «состояния суперпозиции»,  за признание неопределенности в качестве  знания истинного, более того, выступающего как  концептуальная сущность… (Иногда складывается впечатление, что не принимающие КМ делают это не столько из трудности понимания, что тоже имеет место, сколько из-за определенного рода идеологических предпосылок, и даже неприязни к отдельным личностям).

Реалии, объекты КМ необычны.  Например, «состояние суперпозиции», «волновой пакет» – это не хаотически скачущий туда-сюда точечный электрон, который мы застаем где-то при измерении, а форма его существования.  Присутствие частицы, например электрона «на орбите» или отдельно от атома – это та реальность,   где наши представления пространства  времени  неприложимы. Электрон до измерения, «поимки» –  это описываемой комплексной функцией   «волновой пакет» его вероятных проявлений в событии измерения! 

Отвлечемся.  Представим пивную бутылку, летящую в каменистой местности. Несомненно, бутылка  является (и это истина и, при том, строгая) суперпозицией всех возможных состояний своих осколков! Осколков нет, но вообще-то они  присутствуют виртуально. Вероятность их распределений по размеру и числу может быть рассчитана в зависимости от кинетической энергии бутылки. Здесь «облако виртуальных осколков» – это действительность, но конечно, своеобразная!  Соответственно, присущая им пока ничем не проявленная вероятность  тоже перемещается во времени вместе с  вращающейся в полете над камнями пустой бутылкой. (Математическая запись  эфемерной реальности!)  Удар о камень – «коллапс волновой функции».  Дребезги! Явление осколков. Реализована одна конкретная вероятностная ситуация. Трудно найти  глупее, но, хочу надеяться, точнее аналогии. Состояние суперпозиции, и другая «экзотика», трудность и даже невозможность приспособления наших понятий к микромиру, не должно быть основанием для отрицания истинности этих вещей КМ.   

Наука, построенная при исследовании мира больших тел, приступая к исследованию совершенно невидимого, предельно малого, что лежит в основе всего, как бы «заключила» с микромиром   «джентльменское»  соглашение: «Мы используем при  изучении нового для нас мира  все, что смогли уже узнать (это Ньютонова механика с небольшими релятивистскими поправками), а Вы – мир атома, не скроетесь в бездне иррациональности».  КМ построена на классической механике с её тремя  законами, понятиями: «импульс», «масса», «энергия», «пространство», «время». Она полностью включила в себя  всю классическую физику, дополнив её  тремя необычными, обязательными  (для Физики в целом)  очень «незначительными» уточнениями:

1.     Представлением Планка: Кванты энергии.
2.     Представлением Эйнштейна: Фотоны излучения.
3.     Представлением де Бройля: Волна материи.

Три постулата, аналогичные трем постулатам классической механики. На  этих установлениях строится ВСЯ современная физика, включая астрофизику. Если вдумчиво присмотреться  только к  этим постулатам, отрешившись даже от опыта экспериментальной практики, то  очевидна   необходимость пересмотра наших представлений о времени и пространстве в первую очередь, для малых интервалов. «Кванты» и «Фотоны» – уже по определению нерасчленимые сущности, и «внутри» того, что они охватывают  по своему физическому предназначению, то, что может мыслиться за их «изнанкой», не то, что неисчислимо, но  неисчисляемо, и принципиально неописуемо.  «Соглашение» о входе в  субатомный мир обязывает признать и принять некую иррациональную и, даже, в чем-то  невыразимую   форму реализма сущего. Наглядность – дело наживное. Не наглядны  электромагнитное излучение, постоянство скорости света, а, тем более,   орбитальная скорость Земли …

На сайте редакции PROATOM, Проф. В.И.Поляков в завершении   достойной внимания статьи сообщает: «Физика ХХ века, используя сложнейшие математические методы, рисовала формулы, но оказалась неспособной нарисовать атом».

Очень странные слова. Математик и астроном Иоганн Кеплер только формулами рисовал эллиптические орбиты, а чем еще может «рисовать» физик? Только Формулами! Физики доказали, что способны на это и «нарисовали» АТОМ  таким «необычайным», каков он есть на самом деле, а не таким, каким мы способны его изобразить в привычных нам и доступных нашему восприятию (точнее, привычкам)  форме. Не секрет, что большинство понятий в физике были непривычными и казались неестественными в начале их возникновения, например «живая сила» - кинетическая энергия. А такие явления как «работа» или «теплота» до сих пор, и не только студентами, представляются, как энергия. Забавно, что передавая свою статью в редакцию автор  предупреждает: «Статья реально переворачивает физику ХХ века». Если такие слова были реально произнесены, то их надо оценивать как прекрасное чувство юмора уважаемого Владимира Ильича.  Физики шутят.

Очень многие порицают КМ, а, точнее, её создателей за то, что введя неопределенность и вероятность как в основу построения познаваемой реальности, физики разрушили иллюзию о предустановленной гармонии. Все наоборот! КМ вывела размышляющего из замкнутого круга предопределения, демонической Лапласовой предрешенности, предписаной всему сущему. Фундаментальный принцип  Ньютоновой кинематики: все предопределено Первоначальным  Импульсом. В силу законов сохранения, все без исключения материальные объекты с необходимостью вечно воспроизводят заданные им движения и конфигурации.  Пьер Лаплас был убежден, что бесконечно мощный вычислительный разум, зная исходные состояния каждой частицы смог бы предсказать строго детерминированное будущее,  включая жизнь и поведение человека. Строго говоря, свободе воли, разуму, самосознанию здесь места нет. Хотя развитие, разветвление, усложнение в бесконечности не отрицается. Ужас императива лапласова  детерминизма усугубляется,  если принять  Вселенную конечной. Как показал Пуанкаре: в замкнутой системе нет неограниченной возможности  комбинирования, как и остановки перебора состояний. Состояния её будут бесконечно повторяться. В такой системе понятие «развитие» исключено.

Классическая физика, даже в самой последней своей модификации вместе с  электромагнетизмом и теориями относительности, не предоставляет ни малейшей зацепки для прояснения фундаментальных предпосылок  появления эволюционирующего в развитии наблюдателя:  сознание, воля, свободный выбор. Факторов, которые с непоколебимой достоверностью находят наблюдатели в себе (но не творимой ими физике).  

Делающие науку о природе достоверно знают, что в фундаменте всех вещей, небесных тел  и их самих – не «камни», не «вода или воздух», а атомы  и свет, включая и тот, что внутри тел. (Твердые тела пусты. Соотношение объёма массовых частиц и «пустоты» примерно такое, как у горошины внутри куба с ребром 2 км. Частицы (атомы) удерживаются на своих местах, формируя объем твердого тела  электромагнитным полем – виртуальными фотонами, иначе светом, наполняющем тела. Именно эти межатомные потоки виртуальных фотонов заполняют обширную пустоту наших тел, включая тело наблюдателя, это они гарантируют компоновку и геометрию частиц для функционирования жизненных органов. Мы наполнены и сохраняемы «светом». И это не метафора!    Свет и субатомные частицы – основа всего сущего и естественно ожидать, что  изучение их свойств дает гораздо больше надежд познать природу жизни и сознания. (Мы, живые и думающие, и «внешне» и «внутренне» – квантовый объект!).  Об этом многократно высказывались как основатели Новой физики, так современные ученые. Одно из фундаментальнейших понятий современной физики – «волновая функция Шредингера».
 
Это удивительнейшее произведение, глубочайшее по своей потенциальной мощности и возможности отображения природы и поведения  квантово механических объектов. Как пишет Р. Пенроуз: «Уравнение Шрёдингера (ПСИ- функция) дает полностью детерминистическую картину эволюции во времени «волнового пакета» (то, где электрон или частица «сама по себе», до измерения). Полагая, что ПСИ описывает мир в его реальности, мы не обнаружим никакого индетерминизма, который, как предполагают некоторые, внутренне присущ квантовой механике».

            Старшекурсники Физ. Меха. ЛПИ на мелиорации (1955г.) распевали на мотив
            блистательной мелодии фокстрота «Оксфордский Цирк»:

                                               ПСИ – Функции Цирк
                        Фи-зики про это знают,                 Да-же Физикам не ясно,
                        Только нам не говорят,              Что бормочет та волна.
                        У-равнение Шредингера                Нет, не делайте напрасно
                        Зае..ёт нас всех подряд.                   Культ из всякого говна!

                                               Ес-ли, все же, в ПСИ поверишь,
                                               Оказавшись чуть смелей,
                                               Быстро правду поимеешь:
                                               Натолкает пи..юлей!      
 
(и т. д. куплетов десять и пара припевок о «Волновой Функции», передать которые здесь неуместно). 
                                          
К.М. – поразительно точная и ответственная за свои выводы наука. Она надежна в предсказании и предвидении вероятности событий, демонстрируя, каким образом эти события могут быть отобраны и использованы «сознательными» макрообъектами в их научных и жизненных интересах. Сущностные положения КМ, ее особые принципы связи с вероятностью, не разрушает порядок хаосом случайностей, но обеспечивает тот проход «в броне небытия» (Бродский), из которого проистекают возможности постижения, недетерминированной созидательной гармонизации событий.

Есть несколько феноменальных явлений, описываемых и подтверждаемых опытом квантовой физики, прямо таки, «напрашивающихся» на  объяснение   сознания. Надо сказать, именно эти чудесные особенности придают КМ статус фундаментальной теории, делая феномен случая материалом (инструментом?) творения порядка исходящего от более высокого и утонченного основания, очевидно, родственного сознанию. 

Наука меняет общество в основном  пользой, которую она приносит, и совсем необязательно, чтобы о ней знали и рассуждали вне круга специалистов.  Не станет же рассуждать, даже образованная публика, об аэродинамике или металлургии.   Теория относительности, квантовая механика сразу после  появления были отмечены необычайным интересом публики далекой от науки. В этом, мне кажется, проявился социологический феномен, заслуживающий изучения. Парадокс: труднодоступная наука даже для подготовленного ученого (шутка: «понимали только трое, включая авторов»),  тем не менее,  внимание и вовлечение в обсуждение тысяч по всему миру абсолютно далеких от всяческих наук. (Блистательный юморист Стивен Ликок отразил  это в рассказе.  После лекции,   прочитанной Эйнштейном в «Бостонском женском научном обществе», последовала резолюция:  «Неприемлемость  фасона и цвета галстука лектора»).

Расширение Новой наукой понимания  вещества  и энергии  (света), привлечение свойств атомного мира к объяснению макроскопических процессов и тел, позволило физикам атомщикам (вполне обоснованно) считать, что такие науки как «химия», «физика твердого тела» и другие могут быть замещены КМ. Но только в страшном сне, можно вообразить как традиционный, вполне школьный прием отыскания химической формулы реагирующих веществ, валентности т.п. мы решаем  с привлечением  матриц квантовых состояний электронных оболочек, а отыскание предела нагрузки для швеллера, ведем от потенциала взаимодействия виртуальных фотонов! Нет, мир науки не настолько выжил из ума, чтобы «ледяными» тензорами и матрицами из комплексных функций заменять человечную символику Н2О или изгонять слово «теплоемкость» за его бессмысленность. И, это во многом потому, что, казалось бы, уже не нужные вещи стали не только привычны и удобны в практике, но являются элементом современной культуры.

Теорема Пифагора в течении двух с половиной тысяч лет была символом высочайшей абстракции,  доступной пониманию десятку высоколобых. Сердитый гений, не закончивший ни одного учебного заведения приводит доказательство теоремы на полях рукописи (Толстой). Другой гений, тоже ничего не закончивший, использует в стихах  понятие гравитационного потенциала и постоянства скорости света, туннельного эффекта и единосущности пространство-времени (И. Бродский)… Не это ли свидетельство другой стороны математико-ориентированной науки, генерирующей не только радости постижения, дары  техники, но и образы культуры.

 Фотография,  которая  приведена в начале  статьи, символизирует радость творца, щедро делящегося с нами добытым знанием. На этой фотографии мог бы быть и Эвклид, и Коперник, и Ньютон, и Максвелл …        






Это статья PRoAtom
http://www.proatom.ru

URL этой статьи:
http://www.proatom.ru/modules.php?name=News&file=article&sid=5397