О современной физике

Предмет физики
Что такое материя? В настоящее время не существует исчерпывающего ответа на этот вопрос, да и
разъяснить его непосвященным на нескольких страницах было бы невозможно. Что еще хуже, в своих
рассуждениях мы могли бы дойти до принципиальной невозможности определить абсолютным образом
сущность материи.
Здесь я могу дать ответы только на какие-то частные вопросы, которые прольют свет на уже
имеющиеся результаты исследований и перспективы развития физики, да рассказать об усилиях, которые
предпринимаются для достижения синтеза наших знаний. По определению, физика – это наука о материи
(веществе), и она призвана заниматься выработкой теорий, которые сжато и ясно объясняли бы все более
расширяющийся спектр явлений; она должна, кроме того, подвергать эти теории экспериментальной
проверке, прежде чем дать им путевку в жизнь.
Итак, вещество наблюдают и изучают, выделяя какие-то его физические свойства и определяя, как со
временем меняется его состояние. Для физика само вещество отождествляется с совокупностью всех
наблюдаемых свойств, но такой жесткий подход ослабляется нашей неспособностью определять и изучать
все возможные характеристики вещества.
Среди наиболее важных свойств вещества имеются такие, которые меняются непрерывно и смысл
которых интуитивно особенно очевиден. Таковы, например, положение, скорость и энергия материального
тела. Существуют другие, дискретные, свойства, они называются квантовыми: мы можем сделать выбор
между серой и кислородом, но промежуточной возможности просто нет.
Положение тела задается в трехмерном пространстве, и это отражает очевидный эмпирический факт;
согласно теории относительности, время следует рассматривать как четвертое измерение. Таким образом,
сценой, или ареной, для физики служит четырехмерное пространство-время. Вполне возможно, что в не
слишком далеком будущем структура пространства-времени сможет быть понята на основе постулатов
более простых и фундаментальных, чем современные.
Идеальная теория должна быть способна вычислять силы, с которыми действуют друг на друга разные
составные части вещества. Согласно жесткой детерминистской схеме, или схеме Лапласа, зная
распределение вещества в какой-то заданный момент времени, мы должны иметь возможность с помощью
уравнений движения предсказать это распределение в последующие моменты времени. По разным
причинам такую программу осуществить не удается. Мы не можем задать состояние вещества полностью:
чтобы определить состояние некоторого объема, потребовался бы устрашающе длинный список всех
отдельных атомов в химических соединениях, а составить такой список мы заведомо не в состоянии. Судя
по современному уровню научных исследований, в ближайшие годы почти наверняка будут выявлены
какие-то новые, еще не открытые свойства материи, Так что физические теории всегда имеют дело с
неполным набором экспериментальных данных; хорошо известным примером этого является ньютоновская
теория тяготения.
Пределы применимости физики Ньютона
«Мир» Ньютона состоял из материальных тел, единственной характеристикой которых, если не
считать положения, скорости и энергии, служила масса m. Для измерения m к телу прикладывают
известную силу F, затем измеряют ускорение тела а и вычисляют массу, используя знаменитую формулу F
= ma; таким образом, величина m служит мерой инерции тела, его сопротивления движению под действием
заданной силы. Чудесным образом оказалось, что силу притяжения между ньютоновскими телами можно
определить, зная только их массы и расстояния между ними. Этого достаточно также для описания их
движения.
Такая идеализация допустима, если тела не рассматриваются на слишком близком расстоянии: так,
Земля не является точкой, она имеет океаны, твердую кору и жидкие недра. На ней рождаются приливы и
отливы, которые хоть и незначительно, но все же влияют на движение Земли вокруг Солнца, да и на
движение Луны. Насколько существенны такие эффекты, зависит от состава земного вещества и его
атомной структуры. Но силы, действующие между атомами, не гравитационной природы, и поэтому здесь
теории Ньютона недостаточно.
Вплоть до 1900 г. свойства материи и наличие исключительного разнообразия форм ее проявления
объясняли химическим взаимодействием примерно ста элементов, соответствующих различным атомам.
Как свидетельствует огромное количество химических опытов, речь идет о феноменологическом описании,

---

Другие статьи по теме:

- В черной дыре
- Образование галактик
- Элементарные частицы
- Относительность: вводные замечания
- Несостоявшаяся звезда

Это интересно:

Новости космоса: