Как фундаменталната физика изгуби пътя си – кратка брошура на пътуването

Уважаеми пътници, настанете се удобно, може да усетите повече от лека турбуленция в предубежденията и нагласите си за света, който ни заобикаля. Отправяме се на пътуване през времето и пространството, за да открием отговора на въпроса какво точно се опитват да постигнат специалистите по фундаментална физика днес и какъв е бил пътят ѝ до момента.

Наш водач ще бъде докторът по астрофизика и автор на книги като „Краят на физиката“ и „Къде отива странността?“ – Дейвид Линдли.

– Внимание, пътници, говори капитанът! 

„Несъмнено беше голямо изхвърляне да се смята, че физиката би могла някога да обясни и последната точка и запетайка в устройството и съдържанието на нашата вселена, но сега търсенето като че отиде в обратната крайност. Според хипотезата за Мултивселената отговорът на кажи-речи всеки въпрос за това как и защо нашата вселена изглежда по начина, по който изглежда, е, че няма отговор. В нашата вселена нещата изглеждат така, но в някоя друга може да изглеждат иначе. Това си е явно падение в сравнение с неудържимите надежди отпреди само няколко десетилетия.“

Няколко неща, които трябва да знаете за пътуването: 

Ранните физични теории произхождат от философията. Те успяват да се откъснат от нея благодарение на правилния баланс между две неща – от една страна, опита и наблюдението, от друга – математическата прецизност и елегантност. Според Линдли нашето пътуване ще покаже, че когато физиката се опитва да поеме ролята на философията и да предложи отговор на въпроса каква е същността на съществуващото изобщо, балансът между тези две неща се нарушава. По негово мнение проблемът е най-вече в струнната теория, защото отделните подходи в нея се оценяват не според съгласуването им с опита, а единствено въз основа на тяхната елегантност. Тогава, когато естетическите критерии вземат връх и се превърнат в единствено мерило за ценност, разликата между науката и философията започва да изтънява или дори да изчезва. Ето защо Линдли изказва скандалната за мнозина теза, че някои от схващанията в днешната физика имат същото право да претендират за статуса на научни теории, колкото и схващанията на Платон. Той твърди, че единственият начин науката да не се окаже затворена в света на чистото умозрение е като запази връзката си с материалния свят, най-вече чрез технологиите, чието развитие днес поддържа тази връзка жива.

Първа спирка: „Онази старовремска философия“, от която се роди физиката

„...Философите от предхристиянската епоха проявявали пламенен интерес към разбирането на света и вселената около тях, започнали да мислят за физическия свят и небесата като ръководени от математически правила и направили сериозни опити да обяснят движението на небесните тела...

Характерното за древните опити за описание на небесата е някаква форма на идеализъм. Тъй като небесата са съвършеното творение на непогрешим създател, те трябва да се управляват от най-строгата сред интелектуалните системи, а именно математиката. И само най-добрата математика отговаряла на задачата.“

„В тази версия на историята Галилео – „благоразумен човек, избягващ да си прави заключения, без да е претеглил доказателствата, с ясно съзнание за социалните обичаи и несклонен да се кара с високопоставени личности в църквата и държавата“ – бил предан католик, който не бързал да приема хелиоцентризма и се боял, че църквата прави сериозна грешка, обвързвайки се с коя да е конкретна хипотеза за архитектурата на небесата, била тя аристотелска, птолемейска, коперниканска или някаква друга. Всъщност ранните открития на Галилео с телескопа, описани в „Звезден пратеник“, били като цяло възхвалени от църквата. Наше момче прави удар: ето тука един италианец, католически изследовател, приятел на многобройни свещеници и кардинали, човек, чиито постижения му били донесли аудиенция при папа Павел V – този човек разширявал виждането ни за Вселената, добавяйки така към Божията прослава.“

Трета спирка: Кратко гостуване на сър Исак Нютон

Английският учен бил известен с почти патологичната си потайност – фактът, че работата му видяла бял свят, бил почти щастлива случайност. 

През 1684 г. астрономът Едмънд Халей се чудел дали законът за гравитацията като обратнопропорционална на квадрата на разстоянието означава, че орбитите на планетите трябва да са елипси. Макар че  подозирал, че това е така, не можел да го докаже. Когато посетил Нютон, му задал въпроса си. Нютон без колебание се съгласил, че законът за обратните квадрати изисква орбитите да са елиптични. Самият той бил извел уравнението много отдавна. Халей започнал да умолява Нютон да запише тези доказателства и да сложи край на дебата. Малко по-късно Нютон изпратил брошура, в която математически доказал, че елиптичните орбити водят до закона за гравитацията като обратнопропорционална на квадрата на разстоянието, както и че този закон води до изискването орбитите да са елиптични или хиперболични.

Четвърта спирка: Физиката през XIX в. – смесица от надеждно установени закони и неразрешими загадки 

„Представата за вселена, обхваната изцяло в набор от математически правила, изведени от физични модели с механична основа, винаги е била по-скоро блян, отколкото действителност. Теорията на топлината показала как би трябвало да работи моделът – една дотогава загадъчна субстанция, удовлетворително обяснена като Нютонова механика на молекули в движение. Но теорията на електромагнетизма съдържала в сърцевината си едно голямо неизвестно – електромагнитното поле било математически ясно дефинирано, но физически изключително загадъчно.“

Пета спирка: Дирак изобретява антиматерията

В една статия от 1933 г. британският физик Пол Дирак предсказал съществуването на нова частица и след съответното време експериментален физик я намерил. 

„Епохалното в откриването на антиелектрона било, че то започнало с настояването на Дирак на чисто математически основания, че такова нещо трябва да съществува. Това бил истински обрат в сравнение с класическата физика, която винаги започвала със самоочевидни явления – топлина, светлина и т.н. – и изграждала математически теории, за да обясни как действат те. Дирак направил нещо ново. За него силата на математиката била толкова скъпоценна, че той решил, че антиелектронът трябва да съществува въпреки липсата на всякаква емпирична нужда. Идеята му се оказала с по-големи последици, отколкото дори самият Дирак си бил представял навремето. Всяка частица, заявила по-късната теория, трябва да има античастица. Материята има свое цялостно огледално съответствие, което наричаме антиматерия.“

* Останалите точки от маршрута не са включени в тази кратка брошура. Ако пътуването ви е заинтригувало, гмурнете се в дебрите на „Илюзорната вселена“.