pro
Начинающий
|
     
НАИБОЛЕЕ ТИПИЧНЫЕ ОШИБКИ, ДОПУСКАЕМЫЕ В КВАЗИСОВРЕМЕННОЙ АБСТРАКТНОЙ ФИЗИКЕ
Полный текст – внешняя ссылка удалена
Теоретическая физика – достаточно трудный раздел точной науки не только для процесса обучения школьников и студентов, но и для восприятия и понимания корифеями науки, разработчиками новых теорий. Поэтому, для того чтобы легче было осмыслить допускаемые в теоретической физике ошибки, их удобно рассматривать в хронологическом порядке – по мере их совершения теоретиками и поступления в теоретическую физику.
В самом начале достаточно подробно рассмотрим очень распространенное инженерное эмпирическое понятие – “электрический заряд”.
Первые серьезные научные работы в области электричества были выполнены Бенджамином Франклином (1706 – 1790).
В 1746-54 гг. он осуществил ряд экспериментальных исследований, принесших ему широкую известность [1]. Франклин объяснил действие лейденской банки, построил первый плоский конденсатор, состоящий из двух параллельных металлических пластин, разделенных стеклянной прослойкой, изобрел в 1750 г. молниеотвод, доказал в 1753 г. электрическую природу молнии (опыт с воздушным змеем) и тождественность земного и атмосферного электричества. В 1750 г. он разработал теорию электрических явлений – так называемую “унитарную теорию”, согласно которой электричество представляет особую “тонкую жидкость”, пронизывающую все тела. В каждом незаряженном теле, по представлениям Франклина, всегда содержится определенное количество “электрической жидкости”. Если по каким-либо причинам в теле появляется ее излишек, то тело заряжается положительно, когда ее недостает – отрицательно.
Здесь мы видим, что Франклин подходит к явлению электричества с макроскопической точки зрения, т.е. эмпирически и под “электрической жидкостью” с точностью до знака следует понимать просто электроны. Такое название возникло по той причине, что количество этой “таинственной жидкости” в телах можно было плавно изменять: убавлять или прибавлять.
В этой теории Франклина впервые было введено понятие положительного и отрицательного электричества. Исходя из своей теории, он объяснял наблюдаемые им явления. В унитарной теории Франклина содержался закон сохранения “электрической жидкости” или электрического заряда в современном представлении.
Это были первые макроскопические, опытные представления о электрических полях. Впоследствии эти макроскопические представления были перенесены на микрочастицы. По аналогии с макроскопическими телами физики стали представлять себе микрочастицы не иначе как заряженные некоторой “электрической жидкостью”, которая до последнего времени оставалась загадкой.
Таким образом, мы видим, что исторически понятие “электрический заряд” было введено в то время, когда носители электрических явлений – электроны, позитроны и другие элементарные частицы еще не были известны. При этом заряд воспринимался макроскопически как некоторая непрерывная субстанция вроде жидкости, которую можно добавлять или убавлять на поверхности диэлектриков, т.е. как бы “заряжать” или “разряжать” поверхность стекла, янтаря и т.д. Аналогами понятия “электрический заряд” можно назвать “теплород” или “флогистон”, которые были в употреблении в то время, когда физики весьма смутно представляли себе тепловые явления в веществах. Сюда же можно отнести и самую обычную влагу, которую можно также наносить на поверхность твердых тел.
Поскольку электрические и магнитные явления до последнего времени до конца не поняты, то и в настоящее время понятие “электрический заряд” воспринимается макроскопически, т.е. этой “жидкостью” физики “заряжают” даже элементарные частицы. Искать заряд на электроне, позитроне или внутри протона и нейтрона – столь же нелепое занятие, как и поиск влаги внутри молекулы воды Н2О.
Достаточно вспомнить историю в средних веках с теплородом, чтобы понять, насколько это абсурдно. Ведь когда мы говорим об электромагнитных явлениях, то речь идет на самом деле не о каких-то зарядах, а о силовых взаимодействиях между частицами, которые осуществляются через посредника, которым является физический вакуум или более привычно – эфир. В этом случае снимаются какие-либо условности, и мы непосредственно переходим к реальным механизмам взаимодействий. Остается только с логической последовательностью проанализировать различные возможные варианты подобных взаимодействий.
Термин “заряженная частица” был введен Г. Лоренцем в отношении электрона. Получалось так, что электрон, как и другие макроскопические тела, тоже был “заряжен” этой таинственной макроскопической “электрической жидкостью”, т.е. опять же электронами. Поскольку под “электрической жидкостью” понимались в дальнейшем именно электроны - электронная жидкость.
Нетрудно заметить, что при введении терминов “электрическая жидкость” и “заряд” в отношении электрона и других микрочастиц появляется явное как логическое, так и семантическое противоречие, поскольку макроскопическое свойство многих тел, а именно, способность “заряжаться” были перенесены на отдельный электрон. При этом “заряд” приобрел некую реальность вне зависимости от материальных объектов. Получается так, что любое тело, а в равной степени и электрон можно зарядить “зарядом”. Здесь явно просматривается неверное использование русского языка, поскольку зарядить материальный объект можно чем угодно, но только не зарядом. Слово “заряд” при этом очень часто используется как обычный инженерный жаргон в том случае, когда всем хорошо понятно, что под этим подразумевается.
Чтобы лучше понять это логическое несоответствие, приведем в качестве аналога для “электрической жидкости” обыкновенную влагу, как макроскопическое свойство тел. Древним аналогом “электричества” можно назвать “теплород” как очень удобное понятие в области теплоты. Избыток влаги делает тела влажными и даже мокрыми, недостаток же ее делает тела сухими. По аналогии с “электрической жидкостью” элементарным носителем влаги является молекула воды. По аналогии с понятием “заряженная частица” можно рассматривать понятие “влажная молекула” как носитель влаги. Здесь мы хорошо видим явный парадокс и логическое противоречие, поскольку некоторое макроскопическое свойство тел перенесено на отдельную молекулу.
В случае же электрона вопрос с его “зарядом” оказался более завуалированным, поскольку в области электричества и электромагнитных явлений до сих пор существует масса неясностей. Более естественным, на наш взгляд, был бы следующий подход. Следует обратить внимание не на таинственные “заряды” частиц, а на силовые поля, которые возникают вокруг электронов и других частиц. Полезно также обратить внимание на причину возникновения силового поля и на его материальный носитель - эфир или по-современному - физический вакуум. В этом случае пришлось бы рассматривать не “светоносный эфир”, а эфир как формирователь силового поля, и это могло бы привести к более раннему, на наш взгляд, пониманию эфира как переносчика силовых взаимодействий между частицами.
В энциклопедическом словаре [2] понятие “электрический заряд” рассматривается как “внутренняя характеристика” элементарной частицы, что явно не соответствует действительности. Реально же наблюдаются как раз только внешние проявления электромагнитных явлений в пространстве вокруг частиц, а у таких частиц как электроны и позитроны мы никогда не имеем дело с их внутренними свойствами, а имеем дело с силовыми полями, окружающими эти частицы. В отношении же протонов, нейтронов, мезонов и других более сложных частиц разговор следует вести отдельно, поскольку они обладают вполне ощутимыми размерами и, по всей вероятности, сложной структурой.
Когда мы проводим эксперименты с электронами или ионами, у которых недостает одного или несколько электронов до полного атома, то мы имеем дело не с таинственными зарядами, а с непосредственными механическими силами, действующими между частицами, которые могут порой достигать огромной и даже фантастической величины [3]. Эти силы в физике стали характеризоваться и описываться электрическими и магнитными полями, однако это мало что меняет в понимании природы данных сил. Слово “сила” заменяется словом “поле”, а что вызывает такую силу, остается пока скрытым. Поэтому продолжим наши исследования.
Из самых общих соображений понятно, что для реализации силы, действующей на расстоянии между двумя объектами, требуется определенный посредник. Рассмотрим различные варианты такого взаимодействия. Например, частицы могут обстреливать друг друга какими-нибудь маленькими снарядами, стараясь тем самым оттолкнуть соседа. Однако это не может продолжаться вечно, поскольку рано или поздно запас этих снарядов все равно иссякнет. Кроме снарядов, частицы могут “озвучивать” друг друга, т.е. облучать какими-нибудь волнами, что может привести к похожему эффекту. Но и на это требуются определенные затраты энергии, запасы которой у маленьких частиц не могут быть безграничными. Следует также заметить, что при помощи испущенных снарядов или волн они смогут только оттолкнуть друг друга, но при этом никогда не будут притягиваться. Опыт же показывает, что электроны всегда между собой отталкиваются, а между электронами и ядрами в атомах или между электронами и позитронами всегда действуют силы притяжения. Следовательно, предложенные нами версии для объяснения этих сил явно не подходят. Поэтому следует рассмотреть и другие варианты.
Сами частицы могут быть вообще пассивными участниками событий, т.е. ничего не генерировать изнутри, а просто подвергаться внешнему облучению. Это могут быть: либо рой, состоящий из более мелких частиц, которые непрерывно “обстреливают” электроны, протоны, нейтроны, позитроны и т.д., либо это может быть океан некоторой непрерывной среды, насыщенной энергией в виде упругих волн. Тогда пассивные наблюдаемые частицы стали бы играть роль поплавков или буйков в бушующем океане волн.
Первый из этих вариантов был предложен в 1784 г. швейцарским физиком Ж.Л. Лесажем (1724-1803), однако он не принес заметного успеха автору этой гипотезы. Второй вариант, а именно с волнами, которые непрерывно омывают частицы, был рассмотрен норвежскими физиками К.А. Бьёркнесом (1825-1903) и В.Ф. Бьёркнесом (1862-1951), а также русским физиком А.Л. Шаляпиным [3-5]. Он является наиболее интересным, поскольку приводит к многочисленным эффектам, которые как раз и наблюдаются в природе.
В случае волн в некоторой среде вся роль частиц будет сводиться, в основном, просто к рассеянию этих волн.
Электричество и магнетизм, а также все сопутствующие им эффекты, являются одними из наиболее необычных и сложных явлений природы. Они гораздо труднее поддаются пониманию и изучению студентами и школьниками по сравнению с простыми механическими явлениями. Так с чего же лучше всего начать?
В квазисовременной абстрактной физике принято считать, что электрические и магнитные явления имеют не механическую природу, поэтому в рамках квантовой теории электромагнитные явления стали интерпретироваться на языке квантов и фотонов. Однако отказаться от механической природы силовых электромагнитных полей равносильно тому, как если бы понятие силы во втором законе Ньютона мы отнесли к категории не механического происхождения. Таким образом, в квазисовременной абстрактной физике все перемешалось. Так, где же находится истина? Попытаемся все вместе постепенно в этом как можно лучше разобраться.
Если вы полагаете, что знакомство с электричеством следует начинать с зарядов, как это обычно принято в учебниках в разделе “электростатика”, то это будет, по всей вероятности, не совсем оптимальный вариант, поскольку о самих зарядах у нас складываются также весьма туманные представления, как и в целом об электричестве. Ведь рассматривать одну только электростатику в отрыве от других явлений равносильно тому, как если бы мы рассматривали всего лишь мгновенный фотоснимок какого-нибудь сложного процесса, пытаясь угадать: а что там будет дальше? Поэтому лучше всего пройти в экспериментальную лабораторию и начать знакомство с этими явлениями при помощи непосредственных наблюдений [3].
Далее вполне логичным шагом будет переход от силовых полей электрона к свету как волновому явлению в физическом вакууме-эфире.
В квазисовременной абстрактной физике, которая просто наполнена различными «чудесами», свет самым чудесным образом излучается электроном при помощи его «чудесного заряда». И дальше думать над этими явлениями студентам, да и всем остальным, просто не рекомендуется, поскольку все это предопределено свыше «на небесах» и по воле Господа. Кстати, и силовые электромагнитные поля здесь тоже возникли по воле Господа.
Лучшие умы последних столетий (Р. Декарт, Х. Гюйгенс, Р. Гук, Т. Юнг, О. Френель, Э. Малюс, Ж. Био и др.) были необычайно близки к раскрытию (разгадке) природы света (световые возбуждения являются упругими импульсами в эфире по Декарту и Гюйгенсу), когда надежно установили его волновой характер, а также тот факт, что эти волны поперечны. Правда, единственное, пожалуй, что всех очень смущало, это тот факт, что эти волны поперечны. Ведь все уже привыкли к мысли, что упругие поперечные волны возможны только в твердых телах. Эфир же никак не мог быть твердым телом.
И здесь, как говорится, всех физиков подвело отсутствие элементарной смекалки в области волновых процессов. А разгадка состояла в том, что поперечной-то была лишь сила, действующая со стороны волн на электроны и другие частицы, а сами волны в своей первичной основе были, все-таки, продольны. И такие упругие продольные волны были уже всем понятны даже в рамках обычной акустики.
Ошибка всех физиков заключалась в том, что в световых явлениях не было учтено такое очень хорошо известное в настоящее время явление, как модуляция волнового поля при колебаниях излучателя. Это достаточно легко проверить как теоретически, так и опытным путем. Если звучащее тело заставить колебаться вдоль оси Х, то в направлении этой оси будет происходить продольная модуляция волн, а в перпендикулярном направлении мы будем как раз иметь поперечную модуляцию звуковых продольных волн в любой среде. При этом роль «электрической силы» будет выполнять сила, обусловленная давлением звукового излучения. И, таким образом, почти все загадки со светом раскрываются совершенно просто. А в дальнейшем будут раскрыты также и другие не менее уникальные свойства света [3].
Продолжение следует.
Литература
1. Храмов Ю.А. Физики. Библиографический справочник. – М.: Наука, 1983.
2. Физика. Большой энциклопедический словарь / Гл. ред. А.М. Прохоров. – 4-е изд. – М.: Большая Российская энциклопедия, 1998. – 944 с. С. 864.
3. 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. C. 285.
4. Шаляпин А.Л. О динамике частиц и механизме формирования электромагнитных полей / Урал. политехн. ин-т. Свердловск, 1989. Деп. в ВИНИТИ, 1989. N 118 - В89.
5. Шаляпин А.Л. О природе дефекта масс связанных частиц и релятивистском движении / Урал. политехн. ин-т. Свердловск, 1986. Деп. в ВИНИТИ, 1986, N 8246.
|
Всего сообщений: 51 | Присоединился: сентябрь 2008 | Отправлено: 2 дек. 2008 6:33 | IP
|
|
pro
Начинающий
|
НАИБОЛЕЕ ТИПИЧНЫЕ ОШИБКИ, ДОПУСКАЕМЫЕ В КВАЗИСОВРЕМЕННОЙ АБСТРАКТНОЙ ФИЗИКЕ – 2
Полный текст – внешняя ссылка удалена
После того, как нам удалось разобраться с инженерным понятием «электрический заряд», а также выяснить во всех полевых процессах роль физического вакуума-эфира, можно перейти и к рассмотрению полного физического и даже классического смысла Квантовой механики.
ОБЩИЕ ЗАМЕЧАНИЯ И ВЫВОДЫ
Для начала позволим себе сделать некоторые общие замечания. Выдавать какую-то удачную математическую схему для выполнения некоторых полезных инженерных вычислений за серьезную физику – наиболее характерная черта квазисовременной абстрактной физики. Однако математические вычисления, как бы удачны они ни были, нельзя ни в коем случае выдавать за фундаментальную физику.
Перед возникновением математической модели СТО в 1900 г. М. Планк также предложил математическую схему для вычисления спектра излучения абсолютно черного тела без достаточного физического обоснования своей теории («счастливо угаданная формула Планка»). В дальнейшем судьба сведет Эйнштейна и Планка в острейшей дискуссии на 1 Сольвеевском Конгрессе в 1911 г.
На 1 Сольвеевском Конгрессе в 1911 г. Эйнштейн выступил вместе с другими ведущими физиками с довольно резкими нападками в отношении теории излучения Планка, обвиняя его в отсутствии достаточного физического обоснования этой теории. Участники Конгресса тогда не оставили на этой теории «живого места». А ведь первые абстрактные теории Эйнштейна грешили этим же самым – отсутствием достаточного физического и причинного обоснования. Во всех этих абстрактных теориях вообще отсутствовал хоть какой-нибудь намек на механизмы физических явлений.
Хотя частично Эйнштейн и следует квантовым постулатам (например, в отношении фотонов – еще одного «его детища»), но по-прежнему достаточно суров по отношению к квантовой теории, заявляя в 1912 г.: «чем больших успехов добивается квантовая теория, тем бестолковее она выглядит» [1].
В последующие годы Эйнштейн все больше и больше критикует Квантовую механику как «неполную» теорию, что приводит его к прямому столкновению с Н. Бором и В. Гейзенбергом. Поскольку критика квантовой механики со стороны Эйнштейна была достаточно «беззубой», то Бор и Гейзенберг попросту «упивались своей победой».
Далеко не каждый исследователь согласится с тем, что построенная на абстрактных гипотезах физика может претендовать на роль фундаментальной теоретической основы естествознания, поскольку все-таки достаточно много положений и законов в таком случае приходится постулировать, опираясь на экспериментальные данные. При таком формальном подходе к реальному физическому явлению трудно разграничить отдельные физические эффекты между собой или же выявить причинные связи между ними. Решение же большинства задач заканчивается, как правило, на стадии получения некоторых количественных характеристик рассматриваемых сложных систем, но не на глубоком анализе происходящих процессов.
Подобного же рода тревожные выводы мы можем обнаружить в «Замечаниях о новой постановке проблем в теоретической физике», предложенных еще в 1932 году А. Эйнштейном для широкой дискуссии [2]: «В последнее время перестройка всей системы теоретической физики в целом привела к тому, что признание умозрительного характера науки стало всеобщим достоянием. Мы не задаем более вопроса об «истинности» какой-нибудь теории, а спрашиваем лишь, насколько полезна теория и какие результаты можно получить с ее помощью. Если первоначально теорию мыслили как описание реальных предметов, то в более поздние времена ее рассматривали лишь как «модель» процессов, происходящих в природе. Что же касается новейшей фазы развития, то квантовая механика привела к частичному отказу даже от представления о модельном характере теории. Поскольку любое теоретическое исследование носит умозрительный характер, квантовая механика видит свою главную цель в достижении результатов с помощью минимума теоретических элементов. Ради этой цели квантовая механика охотно жертвует даже принципом строгой причинности».
И, наконец, как это нередко мы встречаем у Эйнштейна, великий теоретик, наделенный незаурядной интуицией, завершает свои «Замечания» на осторожной и пессимистичной ноте: «Особенно остро ощущается отсутствие логически удовлетворительного синтеза теории поля и квантовой механики. Все убеждены, что необходимые составные части будущей единой теории содержатся в обеих названных выше теориях. Но никто не может утверждать, что он работал с большим успехом и безграничным самопожертвованием. Ни у кого не порождают сомнения в успехе даже головоломные загадки, которые ставит перед нами природа; я все же думаю, что оптимизм нашего поколения основан отнюдь не на трезвой оценке трудности этой проблемы» [2].
Относительно злободневных проблем, накопившихся в физике к середине XX столетия, достаточно откровенно высказывался А. Эйнштейн в своих письмах к М. Соловину [3]: «Если во времена Маха огромный вред наносила господствовавшая тогда точка зрения догматического материализма, то в наши дни преобладают субъективная и позитивистская точка зрения. Сторонники этой точки зрения провозглашают, что рассмотрение природы как объективной реальности – это устаревший предрассудок. Именно это ставят себе в заслугу теоретики, занимающиеся квантовой механикой. Люди так же поддаются дрессировке, как и лошади, и в любую эпоху господствует какая-нибудь одна мода, причем, бóльшая часть людей даже не замечает господствующего тирана.
Эйнштейн не очень доверял логическому мышлению, и эта мысль довольно часто посещает его при анализе физических теорий. А ведь, это – весьма странно для физика-теоретика, который хочет построить серьезную физическую теорию (авт.). По существу, он не доверял самому человеческому разуму, следуя строгой логической цепочке - выводить новые закономерности в области физических явлений! (авт.).
Так, Эйнштейн пишет [4]: «Чисто логическое мышление само по себе не может дать никаких знаний о мире фактов; все познание реального мира исходит из опыта и завершается им. Полученные чисто логическим путем положения ничего не говорят о действительности».
Многочисленные примеры из истории теоретической мысли, как раз, говорят об обратном. Ведь, если следовать Эйнштейну, то мы ничего не получим, кроме феноменологического описания физического явления, опираясь только на один опыт. Поэтому-то он и обставил свою теорию относительности со всех сторон линейками, часами и наблюдателями, без которых даже немыслимо говорить об этой теории, не говоря уже о причинности и механизмах физических явлений (авт.).
Далее Эйнштейн пишет: «Весь наш предшествующий опыт приводит к убеждению, что природа является осуществлением того, что математически проще всего представить. Я убежден, что чисто математическое построение позволяет найти те понятия и те закономерные связи между ними, которые дают ключ к пониманию явлений природы... Но собственно творческое начало относится к математике».
А ведь, Эйнштейн всю свою творческую жизнь стремился понять физическую реальность, но не ее математику…(авт.).
И, наконец, приведем взгляды Эйнштейна по отношению к квантовой теории [4]. "Очевидно, в прошлом никогда не была развита теория, которая, подобно квантовой, дала бы ключ к интерпретации и расчету группы столь разнообразных явлений. Несмотря на это я все-таки думаю, что в наших поисках единого фундамента физики эта теория может привести нас к ошибке: она дает, по-моему, неполное представление о реальности. ... Неполнота представления является результатом статистической природы (неполноты) законов".
" ... неужели какой-нибудь физик действительно верит, что нам не удастся узнать что-либо о важных внутренних изменениях в отдельных системах, об их структуре и причинных связях? ... думать так логически допустимо, но это настолько противоречит моему научному инстинкту, что я не могу отказаться от поисков более полной концепции".
«Нет сомнения, что в квантовой механике имеется значительный элемент истины, и что она станет пробным камнем для любой будущей теоретической основы, из которой она должна будет выведена как частный случай, подобно тому, как электростатика выводится из уравнений Максвелла для электромагнитного поля или термодинамика из классической механики. Однако я не думаю, что квантовая механика является исходной точкой поисков этой основы, точно так же, как нельзя, исходя из термодинамики (или, соответственно, из статистической механики), прийти к основам механики".
"Если импульс и координаты частиц обладают объективной реальностью, то квантово-механическое описание не является полным описанием ... квантовая механика это "вторичная система" по отношению к классической картине мира..."
"Некоторые физики, среди которых нахожусь и я сам, не могут поверить, что мы раз и навсегда должны отказаться от идеи прямого изображения физической реальности в пространстве и времени, или, что мы должны согласиться с мнением, будто явление в природе подобно игре случая”.
"Большие первоначальные успехи теории квантов не могли меня заставить поверить в лежащую в ее основе игру в кости... Физики считают меня старым глупцом, но я убежден, что в будущем развитие физики пойдет в другом направлении, чем до сих пор".
“Попытки найти единые законы материи, породить теорию поля и квантовую теорию не прекращались [5]. Речь идет о том, чтобы найти структуру пространства, удовлетворяющую условиям, выдвигаемым обеими теориями. Результатом оказалось кладбище погребенных надежд. Я также с 1928 г. пытался найти решение, но снова отказался от этого пути”. “… выясняется одна трудность, которая, однако, преодолевается новым математическим построением, посредством которого можно вывести соотношение между гипотетическим пятимерным пространством и четырехмерным пространством. Таким образом, удалось охватить логическим единством и гравитационное и электромагнитное поля.
Однако надежда не сбылась. Я полагал, что если бы удалось найти этот закон, то получилась бы теория, применимая к квантам и материи. Но это не так. Построенная теория, по-видимому, разбивается о проблему материи и квантов. Между обеими идеями все еще сохраняется пропасть” [5].
“Примечательно, что Альберт Эйнштейн недавно сделал новую попытку истолковать квантовую механику с детерминистских позиций [6]. Это вызвало критику взглядов мужественного ученого со стороны противников детерминистской концепции. С критикой Эйнштейна выступила даже газета “Нью-Йорк таймс”.
Так, в номере этой газеты от 30 марта 1954 года утверждалось: “Принцип неопределенности привел, в конце концов, к всеобщему признанию всеми современными физиками (за исключением доктора Эйнштейна), что в природе не существует причинности или детерминизма. Только д-р Эйнштейн в величественном одиночестве устоял против всех этих концепций квантовой теории”. Статьи настоящего сборника свидетельствуют как раз о том, что далеко не все современные зарубежные физики и отнюдь не “за исключением доктора Эйнштейна” отрицают причинность в природе” [6].
"К концу жизни Эйнштейн стал сомневаться в верности своих представлений [1] (с.448): "Теория относительности и квантовая теория кажутся мало приспособленными для объединения в единую теорию", - отметил он в 1940 г. Einstein A. //Science, -1940. -Vol. 91. P. 487. (T.4. C.229)
”Время покажет, будут ли его (Эйнштейна) методы иметь какую-либо ценность для теоретической физики будущего. Ясно, что его работа в данном направлении в целом не принесла интересных физических результатов”[1] (с.312).
”Я все еще верю в возможность построить такую модель реальности, которая выражает сами события, а не только их вероятности" [1] (с.441).
”Нужно начать все сначала и попытаться получить квантовую теорию как следствие или обобщение ОТО" [1] (с.442).
Около 1949 г. он писал Борну: "Наши с Вами любимые коньки навсегда разбежались в разные стороны... Даже я неуверенно держусь на своем".
“Последний период научной деятельности Эйнштейна проходил под знаком единой теории поля. В течение последних 30-ти лет он пытался достичь поставленной перед ним цели, хотя и не представлял себе, какими методами это возможно. В конце научного пути он напоминал путешественника, которому часто приходится в дороге менять виды транспорта. Но пункта назначения Эйнштейн так и не достиг” [1] (с.327).
"В начале 50-х годов Эйнштейн однажды сказал мне (А. Пайсу), что не уверен в возможности добиться прогресса в рамках дифференциальной геометрии... В. Баргман рассказал мне, что примерно то же самое Эйнштейн говорил ему в конце 30-х годов. Такого же рода высказывание содержится и в письме Инфельду: "Я все больше и больше склоняюсь к мысли, что нельзя продвинуться дальше, используя теории, строящиеся на континууме". В 1954 г. он писал своему другу Бессо: "Я считаю вполне вероятным, что физика может и не основываться на концепции поля, т.е. на непрерывных структурах. Тогда ничего не останется от моего воздушного замка, включая теорию тяготения, как, впрочем, и от всей современной физики" [1] (с.448).
А теперь сопоставим это высказывание с выводами достаточно авторитетного физика, нобелевского лауреата Р. Фейнмана:
"Ведь в один прекрасный день явится кто-нибудь и объяснит, насколько мы глупы. Мы не догадаемся, в каком месте мы совершили глупость, пока мы не вырастем над собой" [7].
"И все же, если еще задержаться на минуту и посмотреть на фасад этого удивительного сооружения, имевшего столь громадный успех в объяснении столь многих явлений, то можно обнаружить, что оно вот-вот завалится и рассыплется на куски. Если вы поглубже вгрызетесь почти в любую из наших физических теорий, то обнаружите, что, в конце – концов, попадаете в какую-нибудь неприятную историю" [8].
«Однако и в квантовой электродинамике трудности не исчезают. Оказывается, что до сих пор никому не удалось даже приблизиться к самосогласованному квантовому обобщению на основе любой из модифицированных теорий. Мы не знаем, как с учетом квантовой механики построить самосогласованную теорию, которая не давала бы бесконечностей собственной энергии электрона или какого-то другого точечного заряда. Так эта проблема и осталась нерешенной» [8].
«Уловка, при помощи которой мы находим m и e имеет специальное название - «перенормировка». Но каким бы умным ни было слово, я назвал бы ее “дурацким” приемом! [9]. Необходимость прибегнуть к такому “фокусу-покусу” не позволила нам показать математическую самосогласованность квантовой электродинамики. Удивительно, что до сих пор самосогласованность квантовой электродинамики, этой теории, не доказана тем или иным способом: я подозреваю, что перенормировка математически незаконна. Но очевидно, это то, что у нас нет хорошего математического аппарата для описания квантовой электродинамики: такая куча слов для описания m’, e’ и m, e - это не настоящая математика...». «...Я должен сразу же сказать, что вся остальная физика проверена далеко не так хорошо, как электродинамика...»
“Я имею основание со всей определенностью заявить, что сегодня никто не понимает квантовую механику”. (Фраза произнесена Фейнманом в связи с экспериментами по интерференции нейтронов, а также парадоксами Эйнштейна-Подольского-Розена и неравенствами Белла) [10].
Подводя итог всему, можно заключить, что, знакомясь с новейшими абстрактными теориями квазисовременной физики, не следует сразу же им доверять безоговорочно, если в этих теориях не все ладится со здравым смыслом и с принципом причинности [11].
Вполне возможно, что все эти новые теории попросту слишком далеки от реальных процессов, происходящих в природе [11].
ЧТО ОБЪЕДИНЯЕТ ВСЕХ ФАНТАЗЕРОВ И ОДНОВРЕМЕННО РОДНИТ ИХ С КВАЗИСОВРЕМЕННОЙ АБСТРАКТНОЙ ФИЗИКОЙ.
Фантазеры, как правило, начинают свои выступления с того, что обещают очень много чудес вплоть до переворота в физике и энергетике, океан бесплатной энергии и даже «золотые горы».
Однако проходит некоторое время, а результатов все нет и нет. И, разумеется, фантазеры своевременно тихо уходят в тень. Ведь популярности среди большого количества доверчивых людей они уже добились.
При знакомстве с "физическими картинами мира" очень многих фантазеров не очень сложно увидеть у них много общего.
Как правило, все они очень плохо дружат с Классической электродинамикой и с Классической статистической физикой, где можно было бы без особого труда выявить их общие заблуждения.
В их туманных фантазиях простым физикам обычно очень трудно разобраться, поэтому многие им искренне верят и даже восхищаются их фантазиями и различными «заумными» построениями.
В этом их общем качестве фантазеры почти смыкаются с квазисовременной абстрактной физикой, которая также очень плохо дружит с Классической электродинамикой - единственной очень хорошо проверенной теорией (по Фейнману).
А про Классическую cтатистическую физику здесь попросту забыли, продвигая вместо нее квантовую механику (по существу, ту же статистическую физику, только с большим налетом фантазий).
Не случайно многие выпускники ВУЗов, получив весьма туманные представления о работе силовых полей в рамках квазисовременных абстрактных теорий, в отчаянии бросаются на выстраивание собственных физических миров и собственных "вечных двигателей".
Из всего этого преподавателям различных учебных учреждений следует делать соответствующие выводы [11].
ЛИТЕРАТУРА
1. Пайс А. Научная деятельность А. Эйнштейна. М.: Наука, 1989. С. 312, 371, 441-448.
2. Эйнштейн А. Замечания о новой постановке проблем в теоретической физике. Собр. науч. трудов в 4-х томах. – М.: Наука, 1967. Т. 4, с. 167-169.
3. Эйнштейн А. Письма к Морису Соловину. Собр. науч. трудов в 4-х томах. – М.: Наука, 1967. Т. 4, с. 555.
4. Эйнштейн А. Физика и реальность. М.: Наука, 1965г., с. 54-57, 62-64,
272 –343.
5. Эйнштейн А. Современное состояние теории относительности. 1931 г.
6. В кн. Вопросы причинности в квантовой механике. Сборник переводов. Под редакцией Я.П. Терлецкого и А.А. Гусева. М.: ИЛ, 1955. С. 5.
7. Фейнман Р., Лейтон Р., Сэндс М. Фейнмановские лекции по физике.
М.: Мир, 1977. Вып. 3, 4. С. 237.
8. Фейнман Р., Лейтон Р., Сэндс М. Фейнмановские лекции по физике.
Электродинамика. М.: Мир, 1977. Вып. 6. С. 305, 321.
9. Фейнман Р. КЭД - странная теория света и вещества. М.: Наука, 1988. С. 13.
10. Фейнман Р. (в кн. A. Zeilinger. Experiment and the foundations of quantum physics/ Reviews of Modern Physics. Special issue of the American Physical Society. March 1999. V.71. P.288):
11. 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.
С данной книгой можно ознакомиться на сайтах:
внешняя ссылка удалена http://s1836.narod.ru
|
Всего сообщений: 51 | Присоединился: сентябрь 2008 | Отправлено: 4 дек. 2008 6:13 | IP
|
|
Gast
Участник
|
Наибольшая ошибка физики в том, что она использует нынешний математический аппарат. Вот поэтому мы и живем в свернутом 13-мерном пространстве суперструн. Проще надо быть, мы уже несколько веков подменяем реальность абстрактными схемами опытов и все дальше уходим от действительности. Если так пойдет и дальше, физика превратится в сверхсложную современную математику ((
|
Всего сообщений: 143 | Присоединился: декабрь 2008 | Отправлено: 4 дек. 2008 16:31 | IP
|
|
aido
Долгожитель
|
Я сколько раз уже говорил - пока не найдется достаточно мощного экспериментального опровержения современной физики, все будет так, как сейчас... Так что, кому надо - ищите..., меня лично все пока устраивает....
|
Всего сообщений: 569 | Присоединился: сентябрь 2008 | Отправлено: 4 дек. 2008 17:52 | IP
|
|
Gast
Участник
|
Такое подтверждение никогда не найдется, потому что физик заранее знает, что получит. Он не изучает мир, а делает его, подстраивает под эксперименты. Печально, что физики только сейчас начали осознавать оторванность современной физики от природы, но продолжают гнать по накатанной дорожке, все глубже увязая в математике. Как у Стругацких в "Беспокойстве": "Что вы делаете, когда въезжаете в незнакомый лес?" - "Уменьшаю скорость и усиливаю внимание"...
|
Всего сообщений: 143 | Присоединился: декабрь 2008 | Отправлено: 4 дек. 2008 18:04 | IP
|
|
pro
Начинающий
|
НАИБОЛЕЕ ТИПИЧНЫЕ ОШИБКИ, ДОПУСКАЕМЫЕ В КВАЗИСОВРЕМЕННОЙ АБСТРАКТНОЙ ФИЗИКЕ – 3
Полный текст – внешняя ссылка удалена
Трудности и противоречия, возникшие в физике после введения Планком формальной квантовой гипотезы и модели фотона Эйнштейном, а также других постулатов в физике ХХ века. О «скачках» в природе. О явных противоречиях в теории Планка. Решение задачи Планка для спектра излучения абсолютно черного тела в классической физике.
Максу Планку как физику теоретику-профессионалу одному из первых довелось штурмовать мир атомов и их взаимодействия с излучением, поэтому в истории физики ему отводится одно из особых почетных мест. Этому событию посвящено огромное количество статей и монографий, включая и учебную литературу.
Однако теперь попытаемся посмотреть на данную проблему беспристрастно, т.е. просто с позиций физиков того времени с учетом всего имеющегося опыта решения подобных задач. Разумеется, спустя более сто лет с того времени это сделать намного легче, в начале же ХХ века в рамках классических представлений задача Планка казалась почти неразрешимой.
Расхождение теории Рэлея с экспериментом научные круги, по выражению Л.Д. Ландау, восприняли как “полнейшую научную катастрофу, как крах тех положений, которые составляли основу классической физики” [1]. Так велико было влияние лорда Рэлея среди ученых. Но никто не решился высказать сомнение относительно самой теории Рэлея: является ли она последовательной? Не являлись ли более последовательными теории Кирхгофа, Вина и Больцмана, в которых не возникло подобной катастрофы?
Чтобы лучше разобраться в том, что случилось в декабре 1900 года, когда появилось сообщение Планка “К теории распределения энергии излучения нормального спектра” [2], попробуем углубиться в некоторые детали электродинамики и термодинамики рассматриваемого явления.
В задаче о спектре излучения абсолютно черного тела (АЧТ) Планком была использована несколько упрощенная модель, в которой пустое пространство заполнялось простыми линейными осцилляторами, которые сравнивались с акустическими резонаторами, камертонами или колебательными контурами, со слабым затуханием и различными собственными периодами. Предполагалось, что за счет обмена лучистой энергией между осцилляторами в этом пустом пространстве установится стационарное так называемое черное излучение, соответствующее закону Кирхгофа. Но резонатор реагировал только на те лучи, которые он сам испускал и оказывался совершенно нечувствительным к соседним областям спектра. Планк сознавал, что даже если бы его формула излучения оказалась абсолютно точной, то она имела бы очень ограниченное значение – только как “счастливо отгаданная интерполяционная формула”.
В такой простой модели невозможно было учесть все особенности этой сложной задачи, например, проследить тот путь, который проходит энергия в результате ее многократного превращения из одного вида в другой. А ведь в этих превращениях и том факте, что атомы и молекулы в веществе при колебаниях случайным образом сталкиваются между собой и раскрываются статистические закономерности, установленные Максвеллом и Больцманом в молекулярно-кинетической теории. С учетом этих закономерностей данная сложная задача может быть решена полностью с позиций классической физики, т.е. без искусственного квантования абстрактных осцилляторов.
Так, например, Эйнштейн несколькими годами позже решил данную задачу, используя вероятности переходов атомов между двумя произвольными энергетическими уровнями, не прибегая к искусственному квантованию [3].
В работе "Возможный смысл теории квант" [4, 5] Умов высказывает следующие оригинальные идеи: "Неудачи, постигшие попытки вывести законы излучения и удельных теплот, исходя из максвеллова распределения энергии в системе молекул или осцилляторов, привели, как известно, Планка к его гипотезе квант. Но причина этих неудач осталась невыясненной, и, пока не воспоследует соответственное объяснение, нельзя считать гипотезу квант единственной разрешающей задачу. Важность вопроса побуждает меня высказать здесь ту точку зрения, которая может, как объяснить бесплодность прежних попыток, так и указать тот путь, который приводит к принятым в настоящее время наукой законам, исходя и в тесной, не формальной, связи с максвелловым распределением энергии и минуя гипотезу излучения порциями или квантами ".
Хорошо известно, что и сам Планк не считал данную задачу решенной совершенно правильно и до конца, поскольку несколько раз довольно неудачно пытался изменить свою комбинированную теорию и вдохнуть в нее как можно больше классики [6] (авт.).
Фактически, Умов предлагает решить задачу Планка на излучение абсолютно черного тела полностью в рамках классической статистической физики, минуя какое-либо искусственное и туманное квантование абстрактных осцилляторов Планка. Взамен этого, Умов предлагает применить распределение Максвелла к реальным атомам и молекулам, а не к абстрактным осцилляторам или элементам энергии по Планку неизвестного происхождения (авт.).
Изложенная концепция позволила Н.А. Умову, поль-зуясь только законом распределения Максвелла, уста-новить формулу для средней энергии резонатора План-ка без какой-либо ломки основных представлений классической физики.
Все это говорит о том, что данная задача имеет не единственный, предложенный Планком, путь своего решения. Хорошо известно, что сложнейшие задачи физики решаются, как правило, с привлечением не одного уравнения или принципа, а целой системы уравнений, в которых и учитываются все особенности задачи.
К атомистической теории Планк относился не только равнодушно, но даже несколько отрицательно [6]. Причина этого заключалась в том, что принципу возрастания энтропии, как и принципу сохранения энергии, он приписывал тогда применимость во всех без исключения случаях, в то время как, по Больцману, первый из этих принципов являлся только вероятностным законом, который как таковой допускает исключения.
Планк сам признает первые свои неудачи при решении данной проблемы и отмечает слабые места выбранной модели [6]: “Осциллятор реагирует лишь на такое излучение, которое он сам испускает, и не проявляет ни в малейшей мере чувствительности к соседним областям спектра”. В таких условиях невозможно добиться перестройки всех частот и установления равновесного излучения в полости. После первых неудач Планк обращается к методу Больцмана – его комбинаторике в молекулярно-кинетической теории. Однако он использует этот метод не традиционно, комбинируя между собой молекулы или атомы в том виде, как это было предложено, например, Н.А. Умовым или А.Л. Шаляпиным [7, 8], а несколько абстрактно, включая в комбинацию искусственные элементы фазового пространства, т.е. в полном отрыве от молекулярно-кинетической теории. Формально Планк нашел математический путь к своей формуле для спектра излучения, но это не может считаться последовательным решением задачи, поскольку были использованы противоречащие друг другу допущения в модели. Тем не менее, главной заслугой Планка было введение им новой универсальной константы для микромира – постоянной Планка.
Планк признавал узкие места в своей модели: “Мои тщетные попытки как-то ввести квант действия в классическую теорию продолжались в течение ряда лет и стоили мне немало трудов. Некоторые из моих коллег усматривали в этом своего рода трагедию”. Теперь, когда произведен анализ данной задачи с разных позиций, хорошо видно, что ее решение в рамках классических представлений находилось рядом, а именно, - с использованием методов классической статистической физики [7, 8].
В своих исследованиях Планк тяготел к установлению различных принципов. В его работах постоянно встречаются такие выражения как “принцип возрастания энтропии”, “принцип сохранения энергии”. Если в первом принципе просматривается вероятностная тенденция в поведении энтропии при наличии исключений согласно Больцману, то во втором случае термин “принцип” использован не совсем точно, поскольку хорошо известен закон сохранения полной энергии для консервативных систем. И данный закон установлен не на основе принципа или с использованием теории вероятностей, а есть прямое следствие второго закона Ньютона.
В отношении теории Максвелла Планк выносит окончательный приговор [6]: “...я думаю, что не встречу серьезных возражений со стороны физиков, если скажу, подводя итоги, что допущение о точном соответствии с действительностью простых дифференциальных уравнений Максвелла – Герца несовместимо с возможностью механистического истолкования электродинамических явлений в чистом эфире. То обстоятельство, что Максвелл вывел первоначально свои уравнения с помощью механистических представлений, не изменяет существа дела”.
По этому поводу следует заметить, что Максвелл попросту не успел ввиду преждевременной кончины завершить свою теорию и выявить механизмы формирования электромагнитных полей в эфире, но он был уверен в том, что электромагнитная энергия есть энергия механическая. Термин “механистический” имеет философский смысл и относится к тем случаям, когда исследователи чрезмерно увлекаются механикой процессов, когда это не совсем оправданно, и задача может быть решена иными более совершенными методами. При стремлении же исследователя проанализировать и раскрыть механизмы физических явлений использование термина “механистический подход” может вызвать просто недоумение, тем более что рано или поздно исследователям, как правило, удается установить эти механизмы.
Непоследовательность рассуждений Планка можно обнаружить на примере анализа волновых явлений [6]: “Представим себе поверхность воды, на которой сильный ветер подымает высокие волны. После того как ветер прекратится, волны остаются еще некоторое время и двигаются от одного берега к другому. При этом произойдет одно характерное изменение. Энергия движения больших, высоких волн будет все больше превращаться, особенно после отражения от берега или других твердых преград, в энергию движения коротких, мелких волн. Этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока, наконец, волны не станут так малы, движения так слабы, что они будут совершенно незаметны... Представим себе, что совершенно аналогичный процесс происходит не с водяными волнами, а с волнами светового или теплового излучения. Допустим, что лучи, испускаемые раскаленным телом, собираются в замкнутом сосуде посредством отражения и движутся в нем взад и вперед, регулярно отражаясь от зеркальных стен сосуда. В этом случае также произойдет постепенное превращение лучистой энергии длинных волн в энергию коротких волн, упорядоченного излучения – в неупорядоченное. Длинным волнам соответствуют инфракрасные лучи спектра, коротким волнам – ультрафиолетовые лучи. Согласно классической теории, приходится заключить, что вся лучистая энергия перейдет под конец в ультрафиолетовую часть спектра, или что инфракрасные и даже видимые лучи постепенно исчезнут и превратятся в невидимые ультрафиолетовые лучи, которые оказывают преимущественно химическое действие. Но в природе нельзя найти и следа такого явления... Делались самые разнообразные попытки примирить этот факт с классической теорией, но всякий раз оказывалось, что противоречие так глубоко затрагивает самые основы теории, что ее никак нельзя оставить неприкосновенной. Поэтому ничего другого не остается, как пересмотреть основные положения теории”.
Данный пример приведен в подробностях с той целью, чтобы еще раз убедиться, каким образом довольно часто выстраивается критика классической теории. Ведь с этой задачи на излучение началась вся ломка классических представлений в самом начале ХХ века.
В приведенных примерах речь идет о волнах самой различной природы. На воде происходит превращение больших гравитационных волн в мелкие поверхностные волны с диссипацией энергии. К электромагнитным явлениям это имеет очень малое отношение. Кроме этого, хорошо известно, что даже в акустике волны при отражении от стенок или каких-либо препятствий никогда не дробятся на более мелкие волны, а происходит их постепенное затухание, т.е. диссипация энергии при сохранении длины волны в первом приближении.
Планк осознает всю неопределенность возникшей ситуации: “Конечно, введение кванта действия еще не создает никакой истинной теории квант, и я уже касался трудностей, возникших с самого начала при введении кванта действия в установленную классическую теорию. С течением времени они скорее увеличились, чем уменьшились..."
Формула Планка прекрасно описывала экспериментальные результаты по спектру излучения абсолютно черного тела. Но успех имел и теневую сторону.
Если допустить, что лучистая энергия испускается и поглощается только порциями, значит надо признать, что в световой волне она распределена не непрерывно, а сосредоточена в виде частиц света, корпускул. То есть подставить под сомнение волновую гипотезу Христиана Гюйгенса и теорию Максвелла, которые прошли многократную проверку и полностью оправдали себя. Да и не только это. Тут значило замахнуться и на большее – на всю классическую физику, служащую фундаментом для естественных наук. И Планк дрогнул, смешался.
Сложилась, пожалуй, беспримерная в истории науки ситуация: подарив миру великую гипотезу, ее творец, испугавшись масштаба последствий, в течение ряда лет всячески противодействовал тому, чтобы она укоренилась в науке. Планк чувствовал незавершенность своей задачи. Он всегда стремился к единству физической картины мира. Он понимал ценность того, что добыла мысль человека в итоге многовековых поисков. Классическая физика, говорил он, - это “величественное сооружение чудесной красоты и гармонии”. И он слишком им дорожил, чтобы на него посягнуть [6].
Теперь, когда мы предложили решение данной задачи полностью в рамках классической статистической физики [7, 8], драматизм всей ситуации ощущается особенно остро.
Консервативный доктор Планк “выпустил джина из бутылки” и оттого потерял покой. Ведь “введение гипотезы квант, - писал он, равносильно крушению классической теории, а не простому ее видоизменению, как в случае с теорией относительности” [6]. Он констатировал с горечью: “Ни один физический закон не обеспечен от сомнений, всякая физическая истина считается доступной оспариванию. Дело имеет иногда такой вид, как будто в теоретической физике снова наступила пора первозданного хаоса”. Это была капитуляция большого теоретика перед сложнейшей задачей физики ХХ века.
Собственная теория представлялась ему неким “чуждым и угрожающим взрывчатым снарядом”. Он был готов уничтожить ее, лишь бы не упал волос с головы классической теории. И здесь Планк во многом был прав.
“Конечно, - говорил он и тогда, и позже, - если бы гипотеза квант во всех вопросах действительно превосходила классическую теорию, либо, по меньшей мере, была бы ей равноценна, то ничего не мешало бы целиком пожертвовать всей классической теорией; больше того, на эту жертву необходимо было бы решиться”. Но лично он в этом превосходстве сомневался. Ведь у гипотезы квант не только сильные стороны, немало в ней и слабых моментов, а именно: многие физические эксперименты могут быть объяснены непротиворечиво только на основе классической физики.
В нобелевской речи “Возникновение и постепенное развитие теории квантов”, произнесенной 2 июля 1920 г., Планк вновь напомнил о трудностях при введении кванта действия в классическую теорию [9].
“С течением времени, - сказал ученый, они скорее увеличились, чем уменьшились, и если за этот промежуток бурно несущееся вперед исследование на время перешло от них к текущим вопросам, то добросовестного систематика эти зияющие пустоты удручают еще мучительнее”. Планк ясно сознавал незавершенность задачи, а также несовершенство физической картины мира, полученной при введении им формальной гипотезы квантов.
Тем временем атомная теория все больше и больше переходила в математическую форму. Хотя матричная теория Дирака приводила к правильным результатам и была совершенной по форме, она являлась такой же абстрактной математической схемой, как и теория Гейзенберга, поскольку физическая суть символов и операций оставалась неясной.
Более наглядную и удобовоспринимаемую теорию предложил австрийский физик Эрвин Шредингер, который в марте – сентябре 1926 г. опубликовал серию статей “Квантование как проблема собственных значений”. Теория Шредингера, как и теория Гейзенберга, Борна, Дирака, тоже была математической и формальной. Он основывался на результатах Де Бройля, который рассматривал частицы как своего рода волны. Шредингер считал, что от идеи частиц и квантовых скачков следует отказаться. “Я не могу себе представить, - говорил он, - что электрон прыгает, как блоха!” И никто не сумел его переубедить вплоть до 1952 г. [9].
Таким образом, новая физика ХХ века представляла собой, да и сейчас представляет довольно пеструю смесь из странных гипотез. Наряду с классическими законами сохранения здесь можно встретить такие положения, которые в корне противоречат классической физике, проверенной на протяжении многих десятилетий.
Итак, мы видим, что статистическая физика микромира в то время была лишь в самом начале своего развития. Далеко не все физики безоговорочно принимали идеи Планка. Многие физики вполне обоснованно считали, что гипотеза квантов действия Планка не является окончательным решением задачи. Однако полного альтернативного решения данной проблемы в течение длительного времени вплоть до конца ХХ века не появлялось, если, правда, не считать разработку Н.А. Умова для этой задачи с применением статистики Максвелла-Больцмана [4, 5].
Справедливости ради, следует заметить, что в анализ Планка не вошла теорема о сохранении адиабатических инвариантов в периодических процессах, которую вскоре рассмотрел Эренфест, не была учтена также и теорема Лиувилля о сохранении фазового объема при движении сложной системы – одна из центральных теорем статистической физики. А ведь данные величины имели ту же самую размерность, что и “квант действия”, только полностью в классических представлениях. Не был также прослежен Планком путь, который проходит энергия от излучения до твердого тела, не был учтен и тот факт, что энергия в твердом теле запасается преимущественно не в электронных осцилляторах, а в обычных колебательных движениях атомов и молекул, т.е. в виде кинетической энергии ядер. С учетом всего этого вполне намечается классический вариант решения этой сложной задачи [7, 8].
“Будучи большим поклонником прославленного Больцмана, Планк сообщил о своей работе основателю статистической механики, предъявляя последнюю на его суд. Больцман ответил ему, что он никогда не сможет построить вполне правильную теорию статистической термодинамики излучения без введения в процессы излучения ранее неизвестного элемента дискретности” [9]. И Планк вводит этот элемент дискретности – квант действия. Но ведь дискретность кроется уже в самом факте существования отдельных и самостоятельных атомов и молекул, с которыми и можно вполне успешно осуществлять комбинаторные операции! Таким образом, далеко не все возможности были реализованы Планком для того, чтобы не отвергать сходу классическую физику.
Планк неоднократно отмечал, что “единственное его новшество состояло в том, что он довольно непосредственно сочетал подход Больцмана с дискретностью энергии. Однако Леон Розенфельд говорит, что метод вычисления Планком энтропии с классической точки зрения Больцмана представляется как “чистая ересь” [10]. Планк в некоторых пунктах фактически отошел от метода Больцмана, и понадобилось немало лет, чтобы полностью раскрыть смысл его исходной позиции”. А был ли здесь смысл? Ведь эта “ересь” была воспринята научным миром как новая физика. В этой связи интересно также замечание Зоммерфельда: “...Планк вопреки всему хотел спасти второе начало как строгий закон природы, лишь несколько иначе его толкуя. Но Планк в глубине души является термодинамиком. Пусть даже он и развил статистику благодаря своей квантовой реформе больше, чем кто-либо другой, однако статистика не стала основой его образа мыслей” [11].
Таким образом, мы видим целый клубок противоречий в методе Планка, который не прошел незамеченным мимо многих физиков.
В итоге Планком была введена искусственная гипотеза о дискретности энергии. А это значило, что Планк – ученик Гельмгольца, Кирхгофа, Клаузиуса, автор многих работ в духе классической физики – должен был отказаться от основных принципов этой науки, что было связано с переломом всего его научного мировоззрения [10].
О «СКАЧКАХ» В ПРИРОДЕ
Сущность “парадоксальной гипотезы” Планка заключалась в том, что испускание и поглощение электромагнитной энергии атомами и молекулами происходит не непрерывно, как считалось до этого, а прерывно, дискретно – “порциями”, или “квантами”, как несколько позже предложил назвать их Планк. Причем энергия квантов, их вес и размеры, по его утверждению, могут быть измерены. Он полностью поверил в реальность “своего детища”. “Это было сделанное на уровне абстрактного мышления открытие разрывности там, - говорит Шредингер, - где она меньше всего ожидалась, а именно в процессе обмена энергией между элементарными материальными системами (атомами или молекулами), с одной стороны, и световым или тепловым излучением – с другой” [12].
Физическая картина мира, начатая Галилеем и Ньютоном и продолженная Максвеллом, Гельмгольцем, Больцманом, Лоренцем и другими выдающимися физиками, соответствовала положению древних: природа не делает скачков. Здесь, очевидно, имелись в виду очень резкие скачки с бесконечно малой продолжительностью происходящих изменений в объектах природы. В этой физической картине все основано на понятии непрерывности процессов. Разве это не самый мудрый подход к пониманию явлений природы? Гипотеза же квантов, довольно абстрактная и формальная – идея прерывности, идея скачков в природе. И это, пожалуй, в ней самое главное, что отличает квантовую теорию от остальной физики (авт.).
Отцам квантовой теории показалось, что они предложили новый взгляд на сущность вещей: скачкообразные процессы столь же закономерны, как и явления непрерывности; природа делает скачки, “и даже, - добавляет Планк, - довольно странные...”[6].
Но так ли обстоит дело в действительности? Ведь любое, даже очень медленное изменение в природе можно рассматривать как некоторый качественный скачок. Была система в одном устойчивом состоянии и затем переходит в другое квазиустойчивое состояние, а между этими двумя состояниями существует сложный переходный процесс. При этом интервал времени, в течение которого осуществляется этот переход, не может быть бесконечно малым. В любом случае мы будем иметь дело с некоторым переходным процессом, происходит ли он за ничтожные доли наносекунды или за часы – это не имеет принципиального значения. В этом смысле каких-то мгновенных скачкообразных изменений в природе попросту не существует, а если и имеются очень быстрые процессы, то на это должны быть и соответствующие причины, которые и требуется вскрыть исследователю. В противном случае вся физика сложного явления на одной гипотезе мгновенных скачков и закончится (авт.).
Для одних это – просто скачок, а для других – весьма интересный переходный процесс, смотря насколько глубоко вникнуть в данное физическое явление. Вот степень глубины подхода и отличают, на наш взгляд, классическую и квантовую теории. К примеру: цуги поперечных электромагнитных волн, которые излучают атомы в произвольные случайные моменты времени, можно рассматривать, с одной стороны, как сложный электромагнитный процесс в рамках теории Максвелла и с учетом статистических свойств случайных полей, а с другой стороны, как просто своего рода “световой дождь”, как прерывистый поток капель. Однако когда мы выбираем последнюю упрощенную модель, следует сознавать всю ограниченность такого подхода и не распространять его на всю электродинамику. Чрезмерное увлечение формальными математическими моделями, а также их абсолютизация, и отличает современную квантовую теорию от всей остальной физики (авт.).
Ведь если допустить, что лучистая энергия испускается и поглощается только порциями, значит, по мнению многих, надо признать, что в световой волне она не распределена непрерывно, а сосредоточена в виде частиц света, корпускул. Однако прецизионные измерения по интерференции пучков света с предельно малой интенсивностью, где эти частицы света, казалось бы, должны были лететь по одиночке и не интерферировать, полностью опровергли данную гипотезу частиц. В результате оказалось, что в области электродинамики допущена очередная логическая ошибка, и задача остается до конца не решенной. И это вполне признавали многие физики, стремящиеся понять сущность данного явления. Все это приводило в смятение и самого Планка, в результате чего он несколько раз изменял свой подход к решению сложнейшей задачи на излучение и до конца своей жизни считал, что задача до конца не решена. Во всяком случае, не ясно было происхождение загадочного “кванта действия”, а также непонятным было поведение атомных систем в электромагнитном поле.
О ЯВНЫХ ПРОТИВОРЕЧИЯХ В ТЕОРИИ ПЛАНКА
Многие видные физики подвергли острой критике новые методы в подходе к решению задачи Планка [6]. В дискуссии на I Сольвеевском конгрессе 1911 г., которая проходила после докладов, Пуанкаре поразило, “что одна и та же теория опирается то на принципы старой механики, то на новые гипотезы, являющиеся отрицанием этой механики...” А ведь это характерно и для всей новой абстрактной физики ХХ века.
Справедливости ради, следует напомнить, что критические замечания в адрес гипотезы квантов Планка со стороны коллег-физиков раздавались еще задолго до I Сольвеевского конгресса, что, в общем-то, и стимулировало созыв этого международного форума.
Вывод закона излучения абсолютно черного тела, проведенный Планком, состоял из двух никак не связанных между собой частей. На непоследовательность доводов Планка впервые указал А. Эйнштейн в 1906 г. [13]. Действительно, хотя каждая из частей вывода основной формулы Планка внутренне согласована, между собой они логически несовместимы по следующей причине. В электродинамической части вывод закона излучения основывался полностью на теории Максвелла и предположении, что энергия осциллятора, или диполя Герца, является непрерывно изменяющейся величиной. Тогда как в статистической части вывода та же самая энергия рассматривается как дискретная величина, способная принимать лишь значения, кратные h. А это полностью противоречит электромагнитной теории Максвелла, проверенной к тому времени достаточно хорошо.
Чтобы как-то разрешить этот парадокс, Эйнштейн заключает: “хотя теория Максвелла неприменима к элементарным резонаторам, но средняя энергия резонатора, находящегося в поле излучения, равна энергии, вычисленной по максвелловской теории электричества”.
“Это последнее предположение, - продолжает Эйнштейн, - было бы вполне приемлемым, если бы во всех областях спектра, доступных опыту, величина  = h была мала по сравнению со средней энергией резонатора U; но это вовсе не так”. Тремя с половиной годами позже на 81-м съезде Немецкой ассоциации ученых Эйнштейн повторяет критику цепочки рассуждений Планка: “Простым вычислением мы находим, - сказал он, - что отношение /U для длины волны 0,5 мкм и абсолютной температуры Т = 1700 К не только не мало, но даже очень велико по сравнению с единицей. Оно имеет значение примерно 6,5 107” [14].
Таким образом, в теории Планка возникает вопиющее противоречие. Каким образом огромная энергия nh, где n может быть очень большим числом достается одному осциллятору с ничтожно малой средней энергией U? Кроме этого, добавим, что частота  в спектре излучения изменяется непрерывно от нуля до бесконечности без каких-либо выделенных гармоник, и становится совершенно непонятным и нелогичным, чтобы отдельный осциллятор имел в своем запасе огромное количество таких частот. Получается так, что в видимой области спектра осциллятор может возбудиться до огромной энергии nh, сравнимой c энергией жесткого рентгеновского излучения, но излучить при этом он сможет только малый кусочек этой энергии h, a остальная энергия oсциллятора (n-1)h как бы “заморожена” и не может быть реализована ни в каком виде, хотя бы в безызлучательных процессах. Такого явления в природе мы еще не встречали (авт.).
Хорошо известно, что в твердом теле, особенно в кристаллах, очень сильно развиты безызлучательные процессы переноса энергии от одного возбужденного центра к другому с частичной или полной диссипацией энергии в кристаллическую решетку либо с излучением этой энергии. Кроме этого, можно задать вопрос: какой атом или молекула способны возбудиться до огромной энергии nh, и при этом они сохраняются, не разрушившись? Видимо, в данной теории заканчивается какая-либо разумная физика и начинается абстрактное моделирование, не имеющее ничего общего с реальными явлениями. Произошло это, по всей вероятности, из-за того, что никто в то время не предложил настоящего, т.е. свободного от каких-либо противоречий решения данной задачи (авт).
Вторая точка зрения, выдвинутая в 1905 г. Эйнштейном, создателем фотонной теории света, не могла быть принята Планком, да и остальными участниками I Сольвеевского конгресса. Они просто не были готовы к восприятию тех коренных изменений, которых требовала гипотеза фотонов. Ведь дело заключалось в отказе от электродинамики Максвелла-Лоренца, предполагающей непрерывный характер электромагнитного поля [6].
Об итогах Сольвеевского конгресса 1911 г. известный русский физик Н.А. Умов писал [15]: “Здесь обнаружилось, что теории излучения основываются частью на старых, частью на новых учениях, что они не представляют цельности в своих методах и не могут быть рассматриваемы как окончательные”.
Именно впервые формальное получение необходимых количественных характеристик атома и подкупило физиков, а постоянная Планка на протяжении длительного времени рассматривается как величина, чуждая классической физике. Сам же Планк пытался связать свою константу как раз с классической физикой, но безуспешно.
РЕШЕНИЕ ЗАДАЧИ ПЛАНКА ДЛЯ СПЕКТРА ИЗЛУЧЕНИЯ АБСОЛЮТНО ЧЕРНОГО ТЕЛА В КЛАССИЧЕСКОЙ СТАТИСТИЧЕСКОЙ ФИЗИКЕ
Планк в своей теории применил формальный прием, не имеющий ничего общего с методом Больцмана (рис. 1). Он разделил некоторую суммарную энергию Е, принадлежащую N осцилляторам, на определенное целое число Р равных частей  = h и распределил эти части между осцилляторами по комбинаторному принципу. Отдаленно это напоминало метод Больцмана, однако Больцман никогда не имел дело с абстрактными понятиями, а имел дело с реальными объектами – атомами и молекулами, которые и участвовали в различных комбинациях в рамках молекулярно-кинетической теории.
Напомним, что статистический вес состояния в методе Больцмана определяется с помощью комбинаторной формулы
W = (N+P-1)!/(N-1)!P!(1)
и энтропия состояния по Планку и Больцману вычисляется по формуле
S = k lnW.(2)
Дальнейшие подробные вычисления средней энергии возбуждения U = <ε> представлены в работе [7] в параграфе 47. На рис. 1. в правой части показана естественная схема решения данной задачи по методу Больцмана.
При решении данной задачи полностью в рамках классической физики были учтены следующие обстоятельства. Атомы и молекулы в веществе при тепловых колебаниях сталкиваются между собой и переходят в возбужденные состояния с некоторой мгновенной энергией возбуждения  (рис. 1). Возбуждения атомов являются случайными событиями и подчиняются статистике Максвелла-Больцмана. При решении данной задачи от мгновенных значений энергий возбуждения  следует перейти к средней энергии возбуждения атома на поверхности излучающего тела в соответствии со статистикой Больцмана и с использованием энтропии сложной системы. Далее эта средняя энергия приравнивается средней энергии колеблющегося электрона в излучающей полости при воздействии тепловых полей.
Метод Планка напоминал скорее некоторую смесь квантовых постулатов с классическими положениями в теории, поэтому он полностью не был принят научным миром. И только, когда была создана квантовая механика на основе постулатов, постулаты Планка были также внесены в эту теорию без особых доказательств. Планк несколько раз менял свой подход в теории излучения, однако, полная ясность в этих вопросах так и не была достигнута. В дальнейшем начинается совершенно формальное квантование фазового пространства, которое ниоткуда не следовало, а было всего лишь попыткой подогнать абстрактную математическую модель под эксперимент.
Литература
1. Ландау Л. Д. Теория квант от Макса Планка до наших дней. – В кн.: Макс Планк (1858 – 1958), с. 96.
2. Planck M. Verhandl. Dtsch. Phys. Ges., 1900, 2, 237 – 245.
3. Эйнштейн А. К теории возникновения и поглощения света. Собр. науч. трудов в 4-х томах. – М.: Наука, 1966. Т. 3, 632 с.
4. Умов Н.А. Возможный смысл теории квант. «Вестник опытной физики и математики», 1914, с. 50. См. также Избранные сочинения, 1913.
5. Умов Н.А. Метод истолкования теории Планка. Архив АН СССР, ф. 320, оп. 1, № 49, лл. 1-33.
6. Планк М. Единство физической картины мира: Сб. статей / Под ред. Б. Г. Кузнецова. – М.: Наука, 1966, 286 с.
7. Шаляпин А.Л., Стукалов В.И. Введение в классическую электродинамику и атомную физику. Екатеринбург. Изд-во УМЦ УПИ, 2006. 490 с.
8. Шаляпин А.Л., Стукалов В.И. Введение в классическую электродинамику и атомную физику. Екатеринбург. Изд-во УГТУ, 1999. 194 с.
9. Кляус Е.М., Франкфурт У.И. Макс Планк (1858 - 1947). – М.: Наука, 1980, 392 с. С.131.
10. 5. Клейн М.Дж. Макс Планк и начало квантовой теории. – УФН, 1967, т.92, вып. 4, с. 680.
11. Зоммефельд А. Пути познания в физике. С. 153.
12. Шредингер Э. Избранные труды по квантовой механике. М.: Наука, 1976, с. 264.
13. Эйнштейн А. К теории возникновения и поглощения света. – В кн.: Эйнштейн А. Собрание научных трудов в четырех томах. М.: Наука, 1966. Т. 3. С. 128 – 133.
14. Эйнштейн А. О развитии наших взглядов на сущность и структуру излучения. Там же. С. 181-195.
15. Умов Н.А. Собр. Соч. М., 1916, т. 3. С. 514.
|
Всего сообщений: 51 | Присоединился: сентябрь 2008 | Отправлено: 5 дек. 2008 6:12 | IP
|
|
Lucie
Новичок
|
внешняя ссылка удалена
|
Всего сообщений: 3 | Присоединился: декабрь 2008 | Отправлено: 5 дек. 2008 12:36 | IP
|
|
aido
Долгожитель
|
для Gast: физики не всегда подстраивают эксперимент под то, что высчитали, хотя иногда для того, чтобы проверить верность расчетов нужен эксперимент. Для ТО - 2 вариант всегда, потому как нне все, что там предсказано мы можем проверить в данное время(но оч многое). Хотя и вся ТО родилась как следствие из принципа относительности... А он был подтвержден Майкельсоном (точнее - он хотел опровергнуть, но получилось обратное)
|
Всего сообщений: 569 | Присоединился: сентябрь 2008 | Отправлено: 5 дек. 2008 15:02 | IP
|
|
Gast
Участник
|
Цитата: aido написал 5 дек. 2008 15:02
для Gast: физики не всегда подстраивают эксперимент под то, что высчитали, хотя иногда для того, чтобы проверить верность расчетов нужен эксперимент.
Хм, покажи мне хоть один неидеализированный эксперимент. Их нет!!потому, что физики не могут посчитать реальность, она слишком сложна в математическом плане. Они заменяют все абстрактными объектами и говорят, что расчет сходится с опытом с такой-то погрешностью. И не дай Боже отклониться от эксперимента на дюйм - мы получим не то и прийдется стоить ряд новых теорий. А верны ли они? В наших опытах да, а на самом деле? В реальном мире? Физика превратилась в машину обеспечения комфорта и стабильности, а не познания мира. CТО и OТО вещи хорошие, но проблема физиков в том, что они видят свет в конце тонеля - свято верят в единую теорию мира и бегут кней, не смотря под ноги. Все описывает один закон и сейчас на роль этого закона писпосабливают теорию суперструн, потом другую. Что этот мир? Физика не даст на этот вопрос ответа
(Сообщение отредактировал Gast 11 дек. 2008 23:11)
|
Всего сообщений: 143 | Присоединился: декабрь 2008 | Отправлено: 5 дек. 2008 15:38 | IP
|
|
aido
Долгожитель
|
Вы уже сильно в философию отклоняетесь ("Что этот мир?" - вам никто не скажет).Вообще-то есть неидилизированные эксперименты.. Например, опыт Герца - хотел получить одно, а вышло совсем другое...
Насчет погрешности... - вспомните соотношение неопределенностей Гейзенберга - вот в микромире предел точности установлен достаточно четко, в макромире - его не существует, так как звезды могут быть на любом расстоянии(смотря между какими мерять)...А вот в "нашем"(то есть между микро- и макро-) предел точности тоже в принципе может быть любым, но желательно поменьше(то есть поточнее).
"Расчет сходится с такой-тло погрешностью" - А как иначе??? Даже в реальном мире нельзя точно сказать, что произойдет, как например поведут себя цены на нефть (хотя и такое предсказывают - теория хаоса), или что скажет тот или иной человек в данный момент...мы можем лишь предполагать с большей или меньшей вероятностью. Эксперимент - на то и эксперимент, чтобы определить достоверность расчетов/предсказаний с нужной точностью... Немногое бы поменялось, если б молярный объем газа был не 22,4 л/моль, а 23,4 л/моль.... Хотя опять же - теория хаоса (вот во что мне трудновато поверить, так это в нее)....
"Физика превратилась в машину обеспечения комфорта и стабильности, а не познания мира." Ок... ответьте тогда на такие вопросы - обеспечения какого комфорта и какой стабильности??? Сейчас самые непредсказуемые области - астрофизика и ядерная физика, там до сих пор не пойми что творится - каждый год(если не каждый месяц) что-то новое открывают, причем не всегда сходится с тем, что насчитали - приходится учитывать новые факты, дополнять старую теорию ими. А все остальное уже достаточно подробно изучено, будь то гидродинамика или механика, или электростатика....
|
Всего сообщений: 569 | Присоединился: сентябрь 2008 | Отправлено: 5 дек. 2008 18:04 | IP
|
|
|
Форум
Наиболее типичные ошибки физики
