Скачать + смотреть онлайн

видео 2022

бесплатно в хорошем качестве HD

Строго запрещено смотреть анал видео. Крутые - все самые шикарные мамки видео. Мега лучший пердос video.

PhysBook
PhysBook
Представиться системе

Kvant. О роли парадоксов

Материал из PhysBook

Алавидзе Г. О роли парадоксов в развитии науки //Квант. — 2006. — № 3. — С. 34-36.

По специальной договоренности с редколлегией и редакцией журнала "Квант"

Развитие науки на разных ее этапах определяется, вообще говоря, различными факторами. Стало уже общепринятым утверждение о том, что научные открытия происходят в результате усилий, направленных на решение задач, в основе которых лежат практические потребности человека. Нельзя упускать из виду и значение обычной человеческой любознательности и врожденного стремления к познанию нового, неизведанного. Но что дает первоначальный импульс к поиску? Представляется, что таким импульсом являются парадоксы, которые указывают на внутренние противоречия основ существующей теории.

Слово «парадокс» —­ греческого происхождения и означает нечто неожиданное, необычное. В современной науке под этим понятием подразумевают такой теоретический вывод относительно какого-то явления, который не согласуется с нашим представлением и знанием об этом явлении. После обнаружения парадокса (или парадоксов) начинается интенсивный научный поиск, который приводит к пересмотру основ существующей теории и созданию новой. Именно необходимость преодоления парадоксов была причиной замены механики Аристотеля на механику Ньютона, а впоследствии ­— создания теории относительности Эйнштейна.

История парадоксов указывает на то, что в науке ничто не принимается в качестве непререкаемой истины. Рано или поздно все подвергается «ревизии», и в этом смысле в науке нет непререкаемых авторитетов. Это можно назвать здоровым научным скепсисом.

Механика Аристотеля и первые механические парадоксы

Первую попытку научного объяснения механических явлений приписывают древнегреческому философу Аристотелю. Взгляды Аристотеля на механическое движение основываются не на экспериментах, а на общих философских принципах. Механическое движение он объясняет стремлением тел к своему естественному положению. Земля ему представлялась центром Вселенной, и поэтому все тела стремятся к этому центру. Движение без причины (т.е. силы), вызывающей это движение, он считал невозможным. При этом прямолинейное движение по инерции Аристотель объяснял действием вытесненного телом воздуха, который, устремляясь в образовавшуюся за движущимся телом пустоту, толкает его вперед.

Из общефилософских принципов Аристотеля следует отрицание пустоты. Абсолютное движение тела (т.е. его движение относительно абсолютного пространства), по мнению Аристотеля, возможно только в неоднородном пространстве. Пустота же, по его мнению, является однородным пространством, так как в пустоте одна точка ничем не отличается от любой другой. В своей «Физике» Аристотель приводит еще одно «опровержение» существования пустоты. А именно, проводя элементарные наблюдения над движущимися телами, он приходит к выводу, что скорость свободного падения тела пропорциональна массе тела и обратно пропорциональна плотности среды, в которой происходит движение, т.е. \(~\upsilon = k \frac{m}{\rho}\), где m — ­­масса тела, ρ ­— плотность среды, k ­— коэффициент пропорциональности. Отсюда Аристотель делает вывод, что в пустоте (ρ = 0) скорость должна бы стать бесконечной, что невозможно. Поэтому и пустота невозможна.

Сегодня любой школьник знает, что оба приведенных утверждения —­ о невозможности механического движения в отсутствие силы и о бесконечной скорости тела в пустоте — не соответствуют действительности, но авторитет Аристотеля был настолько непререкаем, что его ошибочные представления о природе механического движения просуществовали почти две тысячи лет.

Первый, кто подверг сомнению некоторые утверждения Аристотеля, был византийский комментатор трудов Аристотеля Иоанн Филипон (VI в.). Вот довод, который он привел: если объяснение Аристотеля причин механического движения верно, то как объяснить вращение колеса вокруг своей оси? Где в этом случае та часть тела, которая испытывает давление вытесняемого воздуха? Парадокс Иоанна Филипона стал первой трещиной в механике Аристотеля.

Английскому философу и логику Уильяму Оккаму (XIV в.) принадлежит еще один аргумент: если бы объяснение Аристотеля причин механического движения было верным, тогда две стрелы, летящие в противоположных направлениях, оказавшись рядом, должны были бы затормозить друг друга и остановиться, так как поток воздуха, который является движущим для одной стрелы, явился бы тормозящим для другой.

Галилео Галилей доказал ошибочность и второго утверждения Аристотеля, касающегося свободного падения тел в безвоздушном пространстве. С помощью простого, но чрезвычайно остроумного рассуждения он показал, что в безвоздушном пространстве все тела, независимо от массы, должны падать с одной и той же (конечной) скоростью. Если предположить обратное, т.е. что тяжелые тела в пустоте падают быстрее легких, то тело, полученное соединением этих двух тел, должно (как более тяжелое) падать быстрее, чем каждое из составляющих тел в отдельности. Но, с другой стороны, то из двух тел, которое легче, будет тормозить прикрепленное к нему тяжелое тело, в результате чего их суммарная скорость окажется меньше скорости тяжелого тела. Полученное противоречие и доказывает, что скорость тела в пустоте не зависит от его массы.

Среди критиков чисто умозрительных тезисов Аристотеля можно назвать также известного ученого-энциклопедиста из Хорезма аль-Бируни (X­ - XI в.).

Как видим, пересмотр основ античной механики начался с обнаружения парадоксов, которые свидетельствовали о внутренней противоречивости существующей тогда науки. Вслед за этим началось интенсивное накопление новых экспериментальных фактов, их анализ и обобщение. Завершился этот процесс созданием механики Ньютона (XVII в.).

Кризис механики Ньютона

Примерно два с половиной века механика Ньютона считалась непререкаемой истиной. Но и здесь проявилась разрушительная сила парадоксов. И вот как это случилось.

К числу основополагающих принципов классической механики относится принцип относительности, согласно которому невозможно обнаружить прямолинейное и равномерное движение с помощью механических опытов. Это означает, в частности, что, если мы находимся внутри космического корабля, движущегося прямолинейно и равномерно, и при этом лишены возможности наблюдать за звездами, то мы никакими механическими опытами не сможем выяснить, движется корабль или нет, а если движется, то с какой скоростью. На математическом языке это означает, что законы Ньютона инвариантны относительно преобразований Галилея:

\(~\begin{matrix} x' = x - ut \\ \upsilon' = \upsilon - u \end{matrix}\) ,

где x и x’ —­ координаты движущейся точки относительно неподвижной (ОХY) и подвижной (O’X’Y’) систем координат, u ­— скорость подвижной системы координат, υ и υ’ —­ скорости тела относительно неподвижной и подвижной систем координат соответственно (см. рисунок). Сказанное означает, что невозможно доказать существование движения относительно абсолютного пространства, а следовательно, вопреки здравому смыслу, и существование этого пространства подвергается сомнению.

Img Kvant-2006-03-007.jpg

Надежда на то, что существование абсолютного пространства и движения относительно этого пространства будет все-таки доказано, появилась одновременно с созданием электромагнитной теории. Оказалось, что уравнения электромагнитного поля, которые были найдены в шестидесятых годах XIX века английским ученым Дж.Максвеллом, не инвариантны относительно преобразований Галилея: они видоизменяются при переходе к новой инерциальной системе координат. Следовательно, электромагнитные процессы в движущихся и неподвижных системах должны протекать по-разному. Появилась надежда, что с помощью электромагнитных опытов удастся обнаружить движение относительно абсолютного пространства. Были проведены опыты (Майкельсон и Морли), во время которых луч света пускали одновременно в двух направлениях: по направлению движения Земли и перпендикулярно этому движению. Лучи отражались от зеркал, расположенных на одинаковых расстояниях от исходной точки. Казалось бы, в точке встречи отраженных лучей должна была наблюдаться интерференция, что свидетельствовало бы о движении Земли относительно абсолютного пространства. Опыты дали отрицательный результат ­— интерференции не получилось.

Тогда ученые поставили под сомнение сами уравнения Максвелла и начали «подправлять» эти уравнения, но каждый раз обнаруживались такие электромагнитные явления, которые противоречили «исправленным» уравнениям. Наконец, нидерландский ученый Х.Лоренц в конце XIX века нашел такие преобразования, относительно которых уравнения Максвелла инвариантны. В использованных выше обозначениях эти преобразования имеют следующий вид:

\(~x' = \frac{x - ut}{\sqrt{1 - \frac{u^2}{c^2}}}\) ,
\(~y' = y\) ,
\(~z' = z \) ,
\(~t' = \frac{t - \frac{ux}{c^2}}{\sqrt{1 - \frac{u^2}{c^2}}}\) ,

где c ­— скорость света в вакууме. Как видим, преобразованию подверглись не только координаты, но и время (сравните с преобразованиями Галилея).

Преобразования Лоренца «спасли» электромагнитную теорию Максвелла, но очень сложной оказалась физическая интерпретация этих преобразований. Кроме того, теперь нужно было спасать саму ньютонову механику, так как второй закон Ньютона не инвариантен относительно преобразований Лоренца. Таким образом, на исходе XIX века физика оказалась перед лицом глубокого кризиса, в преодолении которого особая заслуга принадлежит А.Эйнштейну. Именно он в 1905 году создал стройную теорию, известную под названием специальной теории относительности, которая примирила классическую механику с новой электромагнитной теорией. При этом механике Ньютона пришлось пойти на серьезные жертвы. Так, например, пришлось отказаться от известного закона сложения скоростей; масса тела оказалась зависящей от скорости; время, которое со времен Аристотеля считалось абсолютной величиной, также оказалось зависящим от скорости. К счастью, при малых скоростях (при \(~\frac uc << 1\)) вычисления, проведенные с помощью законов Ньютона, дают хорошие результаты. Расхождение результатов становится заметным лишь в том случае, когда скорость материальной точки становится соизмеримой со скоростью электромагнитной волны в вакууме (300000 км/с). Но такие огромные скорости пока встречаются только в атомной физике при исследовании движения элементарных частиц.

Однако триумф новой теории оказался недолговечным. Как специальная, так и общая теория относительности в последнее время подвергаются все более острой критике, физики обнаруживают в них внутренние противоречия. Идет интенсивный поиск новой, более общей и универсальной теории.

Вечные, или непознаваемые парадоксы

Рассмотренные парадоксы касались такого простейшего вида движения, каким является механическое движение. Достижения классической механики на определенном этапе породили иллюзию, что все существующие в мире явления можно свести к механическому движению и, следовательно, любое явление природы поддается изучению методами механики. В истории науки это направление получило название «механический детерминизм». Известно, например, высказывание Лапласа о том, что он может рассчитать все явления во Вселенной, если ему дадут начальные координаты и скорости всех частиц, из которых состоит Вселенная. Уверенность Лапласа во всесилии механики была такой непоколебимой, что на вопрос Наполеона, почему в его труде не нашлось места для Бога, Лаплас ответил, что ему не понадобилась гипотеза о существовании Бога.

Дальнейшее развитие науки доказало безосновательность такой самоуверенности. Более того, оказалось, что существуют такие сферы познания, которые не поддаются изучению не только методами механики, но и вообще не подвластны традиционным научным методам. Например, искусство, поэзия, некоторые явления человеческой психики и др. Более того, существуют, по-видимому, и вовсе непознаваемые явления. К ним, возможно, относится тайна происхождения Вселенной и ее эволюции. То же самое можно сказать о происхождении жизни. Приведем связанные с этим некоторые научные факты.

В 1922 году петроградский физик А.Фридман опубликовал статью под названием «О кривизне пространства». Выводы, к которым пришел автор статьи, были настолько неожиданными, что в них усомнился даже Эйнштейн. На основании анализа уравнений общей теории относительности Эйнштейна Фридман пришел к выводу, что метрика пространства —­ времени, т.е. геометрия Вселенной, не является постоянной. Эйнштейн, как и другие физики его поколения, был уверен в статичности Вселенной, поэтому он «подправил» свои уравнения таким образом, чтобы исключить возможность нестационарного решения. Впоследствии Эйнштейн признал, что это было его самой серьезной ошибкой.

По прошествии семи лет после публикации вышеупомянутой работы Фридмана справедливость его выводов подтвердил американский физик Эдвин Хаббл, который обнаружил центробежное движение галактик. Это открытие послужило основой известной гипотезы о происхождении Вселенной, согласно которой Вселенная, в том виде, в котором она существует сегодня, возникла в результате взрыва материи неимоверно высокой плотности. С момента взрыва и по сей день Вселенная расширяется, причем ее будущее зависит от средней плотности материи во Вселенной. Если эта плотность превышает некоторое критическое значение ρ0 (ρ > ρ0), то расширение Вселенной должно постепенно замедляться и со временем смениться обратным процессом, т.е. сжатием (так называемая замкнутая модель); если же ρ < ρ0, то процесс расширения Вселенной необратим (открытая модель).

Чрезвычайно интересный результат по измерению средней плотности материи во Вселенной был получен в 2000 году во время международного эксперимента, целью которого было измерение угловых флуктуации температуры реликтового излучения Вселенной. По результатам измерения был сделан вывод, что суммарная плотность материи во Вселенной, с учетом как обычной (видимой) части Вселенной, так и невидимой (темной) материи, а также вакуума, близка к критической. Если эти измерения верны, то предсказать, какая из двух моделей Вселенной реализуется в будущем, в принципе невозможно.

Такой же глубокой тайной окутан феномен происхождения жизни. До сих пор не нашла убедительного подтверждения ни одна из научных гипотез, объясняющих эту загадку: практически равна нулю как вероятность привнесения на землю «субстанции жизни» из космоса в какой бы то ни было форме, так и вероятность самозарождения жизни на земле в результате «счастливой» комбинации химических элементов.

Возможно, как в случае с происхождением жизни, так и в случае происхождения Вселенной и ее эволюции мы имеем дело с непознаваемыми, или вечными парадоксами. Но новое знание всегда возникает в процессе преодоления парадоксов, наличие которых свидетельствует либо о внутренней логической противоречивости существующей теории, либо о том, что появились экспериментальные факты, которые не могут быть объяснены в рамках этой теории. Парадоксы дают мощный импульс, ускоряющий процесс познания.

Смотреть HD

видео онлайн

бесплатно 2022 года