2.5. Взаимосвязь теории и эксперимента в физике

Рассмотрим отмеченную выше детерминирующую роль теории в научных исследованиях более подробно, поскольку этот вопрос важен для физиков и представителей других наук.

Обратимся к примеру электродинамики Максвелла, которая явилась не только выдающимся научным достижением XIX в., но и продолжает интенсивно применяться и развиваться в наше время.

В электродинамике Максвелла не только физическая, но и математическая сторона оказалась плодотворной. Стремясь добиться симметрии уравнений. Максвелл ввел в физику новый вид токов - токи смещения и идея о самостоятельно существующем и распространяющемся в пространстве электромагнитном поле. Поле появилось как новый вид материи. Вместе с ним в физику привел отказ от наглядности.

Успехи математического описания физики столь велики, что возникает соблазн в этом же духе (например, с помощью компьютера) разработать физику до конца. Такого пути, если говорить о фундаментальной, а не прикладной науке, не существует, ибо все наши представления могут претерпеть существенные изменения с новыми открытиями. Например, в ядерной физике была обнаружена ненулевая масса покоя нейтрино. Эксперимент, таким образом, играет роль не только проверяющую и интерпретирующую, но и эвристическую.

Математика, говорит Р. Фейман, приносит огромную пользу физике там, где речь идет о деталях сложных явлений, если установлены основные принципы. В шахматах суть основных законов можно выразить и на обычном языке. В физике же для основных законов нам нужна математика, например, закон всемирного тяготения, закон поглощения фотонного к особенно корпускулярного излучения в веществе. Отвечая на вопрос о причине гравитации, Ньютон писал: "Она (теория) говорит, как движутся тела..., а не почему". До сих пор у нас нет другой модели для гравитационного поля, кроме математической. Сказанное относится и к другому полю - электромагнитному.

Нельзя объяснить всех законов природы так, чтобы люди восприняли их одними чувствами без глубокого понимания математики. Разве что это смогут сделать люди будущего, у которых чувства будут более развиты. Пока перевести язык математики на язык человеческого общения полностью трудно и неэкономично по затратам времени на освоение материала.

Математика выступает не просто как язык, это язык плюс логика, орудие для размышления, это организованные размышления.

Возможны два подхода к математике; вавилонский (много правил и приемов) и греческий (немногие постулаты, как у Евклида). Но в математике постулаты и теории могут меняться местами. Bыше мы уже отмечали подобную ситуацию в философии при смене материалистических и идеалистических подходов у древних греков.

В физике нужен вавилонский подход, поскольку физика пока не выводится из единого постулата. Одна из особенностей природы (и человеческого разума) - многообразие путей ее истолкования (много моделей).

У математики в основе лежит математическая строгость, которая не всегда полезна в физике.

Возникает вопрос о пользе моделей. Они часто помогают в работе, и большинство преподавателей физики пытаются учить тому, как пользоваться моделями для выработки хорошей физической интуиции. Но всегда оказывается, что величайшие научные открытия абстрагируются от моделей, и для конечного результата модель оказывается ненужной, т.е. результат не зависит от пути его получения.

Максвелл создал электродинамику, наполнив пространство воображаемыми шестеренками. Дирак же угадал уравнение релятивистской квантовой механики. Угадывание уравнения - хороший способ (пример "непосредственного" усмотрения истины).

Стремление упростить теорию, сделать ее более наглядной было присуще многим ученым к наверняка будет повторяться и впредь. Так, молодой Вернер Гейзенберг поделился с А.Эйнштейном планами создания физической теории, которая основывалась бы на наблюдаемых фактах и не содержала бы никаких домыслов. Эйнштейн с сомнением заметил, что сам выбор объектов наблюдения зависит от того, какой теорией Вы пользуетесь. Теория определяет, что именно можно и нужно наблюдать.

Так, Галилей в 1590 г., поднявшись на Пизанскую башню, сбросил с нее одновременно чугунное ядро и свинцовую пулю. Оба Предмета упали на земле одновременно. А ведь на протяжении почти 2000 лет со времен Аристотеля считалось, что скорость падения пропорциональна весу. То, что люди "видели", определялось теорией, которой они пользовались,