Революция в физике - [31]
Разумеется, между прежними попытками и представлениями релятивистской теории есть существенное различие. В дорелятивистской физике пространство представляет собой некоторую фиксированную область, в которой протекают все физические явления, рассматриваемые любыми мыслимыми наблюдателями в одно и то же время, абсолютное и универсальное, которое задает свой ритм всем этим наблюдателям. В теории относительности, напротив, ни пространство, ни время не имеют абсолютного характера. Абсолютен лишь четырехмерный континуум, образованный объединением пространства и времени и называемый четырехмерным миром. Каждый наблюдатель из этого четырехмерного мира разными способами выделяет свое пространство и свое время. Однако, несмотря на это существенное различие во взглядах на пространство и время, как релятивистская, так и дорелятивистская физика в равной мере исходят из предположения о том, что все физические явления независимо от их характера и природы могут быть вполне определенно и однозначно описаны в рамках трехмерного пространства и времени. Так, например, движение какой-либо частицы определяется заданием последовательности вполне определенных положений ее в различные моменты времени совершенно независимо от физической природы этой частицы, скажем, от величины ее массы. Более того, так же как и в старой классической физике, в релятивистской теории вся эволюция физических явлений определяется неумолимой игрой дифференциальных уравнений, которые однозначно предсказывают все будущее. При описании четырехмерного пространства теория относительности предполагает заданной всю совокупность событий, соответствующих любому моменту времени. И релятивистская теория лишь несовершенством человека объясняет тот факт, что наблюдатель может раскрывать события в четырехмерном мире только последовательно шаг за шагом по мере течения его собственного времени. Утверждая, что каждый наблюдатель может однозначно локализовать события в пространстве и во времени, придавая пространственный характер длительности и рассматривая любые реальные предсказания, диктуемые самим характером пространства-времени, теория относительности сохраняет в силе вплоть до самых детальных следствий генеральные идеи прежней физики. Поэтому можно сказать, что, несмотря на такой новый, почти революционный характер эйнштейновских концепций, теория относительности в определенном смысле явилась венцом именно классической физики.
Современная квантовая физика смотрит на вещи совершенно иначе. Во введении к этой книжке мы уже указали на некоторые из главных особенностей квантовой теории. Само существование кванта действия, как мы говорили, выражает своего рода взаимную связь между локализацией некоторого объекта во времени и в пространстве и его динамическим состоянием. С точки зрения классической физики эта связь представляется совершенно необъяснимой и гораздо более непонятной по следствиям, к которым она приводит, чем связь между пространственными переменными и временем, установленная теорией относительности.
Из существования этой взаимосвязи вытекает невозможность одновременного определения координаты и скорости, выражаемая на математическом языке соотношением неопределенности Гейзенберга. Это соотношение указывает на то, что нельзя в каком-либо эксперименте одновременно проводить измерения пространственно-временных координат и параметров, определяющих динамическое состояние системы.
Анализ этого сложного вопроса показывает, что с точки зрения квантовой физики пространственно-временное описание событий, принятое в классической (и даже в релятивистской) физике, должно рассматриваться лишь как приближение, справедливое только для сравнительно тяжелых тел. А под тяжелыми телами мы понимаем тела, состоящие из чрезвычайно большого числа элементарных частиц и, следовательно, обладающие полной массой, во много раз превышающей массу любой из элементарных частиц. К таким телам относятся, в частности, все используемые нами обычно в экспериментах тела. Этим и объясняется то, что при изучении крупномасштабных явлений классическая физика прекрасно могла обходиться этим пространственно-временным описанием.
Система координат, связанная с каким-либо материальным телом, и часы, синхронизованные соответствующим образом, позволяют, следуя методам классической физики, удовлетворительно описывать все макроскопические явления. Но при попытке использовать таким образом определенные пространственно-временные координаты для описания процессов, происходящих в микромире, мы сталкиваемся с соотношениями неопределенности Гейзенберга. Из этих соотношений вытекает, что понятия пространства и времени, используемые в классической физике и вполне применимые для описания макроскопических явлений, становятся неприменимыми при описании явлений атомного масштаба.
Однако мы, физики, все же упорно пытаемся описывать мир элементарных частиц с помощью прежних понятий пространства и времени, привитых нам повседневным опытом. Отсюда и трудности, возникающие при изучении квантовой теории, поэтому нам и кажется столь странным само понятие кванта действия. Быть может и окажется возможным ввести для мира атома понятия пространства и времени каким-либо более общим способом, чем это делается в классической физике. Однако эти новые понятия должны как-то отражать существование кванта действия и более тесную, чем в классической физике, связь между чисто геометрическими и динамическими понятиями. Кроме того, в случае систем, состоящих из очень большого числа элементарных частиц, т.е., иначе говоря, при описании макроскопических явлений, они должны позволить перейти к обычным понятиям пространства и времени. Интересные работы в этом направлении уже сделаны Детушем. Во всяком случае, не следует забывать о такой возможности.
Симметрия и асимметрия в математике, искусстве, философии, астрономии, зоологии, анатомии, химии, ядерной физике — предмет волнующих открытий для всех любознательных. Почему у нарвала бивень имеет левую «резьбу»? Будут ли марсианские асимметричные вирусы пагубны для космонавтов, а земные — для марсиан? Что такое «бустрафедон» и какое это отношение имеет к двум крупнейшим научным открытиям последнего десятилетия — ниспровержению физиками закона сохранения четности и открытию биологами винтообразного строения молекулы, которая несет генетический код? Об этом и еще очень многом из правого, левого мира вы сможете прочитать в этой живой и занимательной книге.
Мировое пространство – мир. Мир – это бесконечное пространство во всех измерениях, это объективная реальность ни от чего не зависящая, существующая сама по себе. Мировое пространство – это безграничная, бесконечная пустота. Космос – это пространство между отдельными космическими объектами.
Андре-Мари Ампер создал электродинамику — науку, изучающую связи между электричеством и магнетизмом. Его математически строгое описание этих связей привело Дж. П. Максвелла к революционным открытиям в данной области. Ампер, родившийся в предреволюционной Франции, изобрел также электрический телеграф, гальванометр и — наряду с другими исследователями — электромагнит. Он дошел и до теории электрона — «электрического объекта», — но развитие науки в то время не позволило совершить это открытие. Плоды трудов Ампера лежат и в таких областях, как химия, философия, поэзия, а также математика — к этой науке он относился с особым вниманием и часто применял ее в своей работе.
«Впервые я узнал о нелокальности в начале 1990-х, будучи аспирантом, причем не от своего преподавателя квантовой механики: он не посчитал нужным даже упомянуть о ней. Роясь в местном книжном магазине, я наткнулся на только что изданную книжку «Сознательная вселенная» (The Conscious Universe), которая поразила меня заявлением о том, что «ни одно предыдущее открытие не бросало больший вызов нашему восприятию повседневной реальности», чем нелокальность. Это явление походило по вкусу на запретный плод…».
Книга М. Ивановского «Законы движения» знакомит читателей с основными законами механики и с историей их открытия. Наряду с этим в ней рассказано о жизни и деятельности великих ученых Аристотеля, Галилея и Ньютона.Книга рассчитана на школьников среднего возраста.Ввиду скоропостижной смерти автора рукопись осталась незаконченной. Работа по подготовке ее к печати была проведена Б. И. Смагиным. При этом IV, V, VI и VII главы подверглись существенной переработке. Материал этих глав исправлен и дополнен новыми разделами.
В небольшой по объему книге «Золотое правило» М. Ивановский в занимательней форме сообщает читателю интересные сведения из истории, а также из жизни великого ученого древности — Архимеда.Наряду с историческими сведениями автор, воспользовавшись удачным литературным приемом, знакомит школьников с устройством и действием целого ряда простых механизмов — ворота, лебедки, полиспаста, дифференциального ворота и др. И хотя некоторые из этих механизмов не изучаются в школьном курсе физики, они в описании автора становятся вполне понятными для учащихся VI–VII классов.М.