Рубрика: Физика

( Март 2023, idb@kiwiarxiv )

Называть сосуд с водой наполовину пустым или наполовину полным – это, как говорится, дело вкуса. Или настроения. Но вот если сосуд, всегда целиком заполненный, упорно и агрессивно называют «пустым» , то есть смысл задуматься о подоплёке происходящего…

Три книги, вокруг которых выстроен этот рассказ, появились одна за другой в течение первого десятилетия XXI века. И хотя темы у всех трёх работ вполне серьёзные и глубокие, для начала и финала этой истории акценты целесообразно сместить на иронию юмора и шутки с игрой словами.

Поскольку же все темы заверчены вокруг проблем современной физики, то и шутки юмора тут будут довольно специфические. В частности, для зачина лучше всего подойдёт такая цитата «об иронии в фундаментальных основах науки». Слова исходят от одного весьма авторитетного учёного, лауреата Нобелевской премии Роберта Лафлина, изнутри, что называется, знакомого с особенностями научной жизни [1]:

Ирония заключается в том, что наиболее творческая работа Эйнштейна, его общая теория относительности, в итоге с необходимостью сводится к концепции пространства как физической среды. В то время как изначально Эйнштейн исходил из утверждения, что никакой такой среды не существует…

Идея о том, что пространство может быть своего рода материальной субстанцией, на самом деле очень древняя, прослеживаемая ещё к древнегреческим стоикам, которые и дали этому название – «эфир».

… Эйнштейн, напротив, категорически отверг идею эфира и на основе этого «несуществования» вывел, что уравнения электромагнетизма должны быть относительными. Но затем тот же самый мыслительный процесс в итоге привёл Эйнштейна к тому самому эфиру, который он поначалу отверг.

… Современная концепция вакуума пространства, ежедневно подтверждаемая экспериментами, – это релятивистский эфир. Но мы не называем это так, как оно есть. Потому что это табу.

Для закрепления сути этой любопытной ситуации имеет смысл повторить то же самое чуть иными словами.

Всем людям, мало-мальски интересующимся делами науки, непременно должно быть известно, что среди учёных давно и вполне официально материальную физическую среду, образующую пространство, принято именовать «пустотой» или вакуумом. А понятие «эфир», всегда прежде обозначавшее именно вот эту материю пространства, столь же официально принято именовать «давно преодолённым научным заблуждением» вроде теплорода, флогистона или эпициклов Птолемея.

Но при этом все действительно грамотные учёные отлично знают, что на самом деле вакуум пространства это вовсе не пустота, а … Ну, вы поняли. Только никому не говорите.

О том, как самая передовая наука планеты умудрилась дойти до странной жизни такой, развёрнуто и с великим множеством подробностей рассказывает книга «Эйнштейн и эфир» [2] от профессора-физика Людвика Костро. Однако здесь представляется более уместным не пересказывать вкратце содержание этой научной книги, а процитировать [практически полностью] её содержательное предисловие. Написанное куда более знаменитым учёным Максом Джеммером (1915-2010).

Особо глубокий смысл такому манёвру придаёт и тот факт, что в 1954 году предисловие к первой из монографий самого Джеммера («Понятие пространства») написал Альберт Эйнштейн, впечатлённый работой молодого коллеги…

Читать «Свет небесный, Материя земная и табу на Эфир» далее

( Февраль 2023, idb@kiwiarxiv )

Биологи, изучающие головоногих, сделали новое неожиданное открытие в анатомии осьминога. Интересно рассмотреть, можно ли из этого узнать что-нибудь прежде для науки неведомое о скрытом устройстве вселенной…

Лет семь тому назад, в 2016, учёный-биолог, дайвер-аквалангист и философ науки Питер Годфри-Смит опубликовал примечательную книгу под названием «Иной разум: Осьминог, море и глубины происхождения сознания» [1]. Где с первых же страниц предложил в корне иначе смотреть на этих крайне необычных животных, которых многие из людей до сих пор считают едой из разряда «морепродуктов»:

Осьминоги представляют собой своего рода остров ментальной сложности в море беспозвоночных животных. Начиная с моих первых контактов с этими созданиями примерно лет десять тому назад, я был сильно заинтригован тем мощным ощущением осмысленного общения, которое оказывается возможным, когда взаимодействуешь с ними непосредственно.

Ближайшие общие предки для нас и осьминогов находятся в глубочайшей древности – в два с лишним раза дальше, чем первые динозавры. По этой причине осьминогов можно считать полностью независимым экспериментом природы в эволюции большого мозга и сложного поведения.

И если ныне мы оказываемся способны контактировать с ними как с разумными существами, то это не потому, что у нас общая история, и не потому, что мы ощущаем с ними родство. Но потому, что эволюция создала разумные существа дважды. Осьминоги – это, наверное, самое близкое из того, что мы можем уподобить встрече с разумными инопланетянами… [2]

В книге учёного подробно и популярно рассказывается об особенностях устройства и поведения этих «глубоководных мыслителей». А также о каракатицах и кальмарах, близких родственниках осьминогов, сформировавших за миллионы лет эволюции намного более развитую, чем у других беспозвоночных, нервную систему. И заметно отличающихся весьма высокой когнитивной сложностью поведения.

Мозг осьминогов и мозг позвоночных не имеют практически ничего общего в своей анатомии, но при этом мозг осьминога вполне обеспечивает поддержку функций и особенностей, характерных для мозга нашего. Включая такие вещи, как сон, краткосрочная и долговременная память, хорошие способности к обучению, исследование объектов через игры и способность узнавать конкретных людей, с которыми уже доводилось общаться.

Большинство нейронов осьминога находится в его конечностях-«руках», которые способны независимо друг от друга ощупывать и пробовать объекты на вкус, а также сами управляют своими базовыми движениями вообще без участия сигналов от центрального мозга.

Именно в этой области – анатомии собственных элементов разума у конечностей осьминога – и произошло ныне любопытное открытие исследователей-биологов. Однако самое здесь интересное – это то, что могут почерпнуть из данного открытия биологов учёные физики и математики, пытающиеся постичь фундаментальные основы в устройстве вселенной…

Читать «Топология осьминога и анатомия космоса» далее

( Февраль 2023, idb@kiwiarxiv )

Стандартная модель частиц (кратко СМ) считается вершиной достижений в современной физике. Но если приглядеться чуть внимательнее к тому, что и как СМ объясняет людям относительно устройства этого мира, то… вместо вершины тут обнаруживается нечто совершенно иное.

Изначально данный текст задумывался как своего рода «дань памяти». Рассказ  о замечательном человеке и выдающемся учёном по имени Фримен Дайсон, покинувшем этот мир три года назад, в феврале 2020. Но, как это часто бывает, в процессе подготовки текста сам материал сформировал то, что должно быть сказано.

Для правильного же погружения в тему имеет смысл первым делом дать три следующих цитаты от авторитетных учёных.

Нобелевский лауреат Шелдон Глэшоу, один из отцов СМ [o1]:

«Стандартная Модель – это успешная теория. Она предлагает полное, верное, самосогласованное и элегантное описание всех известных элементарных частиц и их взаимодействий. Сформулированная почти полстолетия назад, Стандартная Модель подтверждена множеством экспериментов. И если многие из экспериментов подтверждают её предсказания, то ни один им не противоречит.»

Нобелевский лауреат Энрико Ферми, один из главных создателей квантовой физики [o2]:

«Мой друг Джонни фон Нейман говорил, бывало, что имея в формуле четыре свободных параметра, он может подогнать её хоть под слона, а если параметров будет пять, то этого слона можно заставить ещё и хоботом шевелить.»

Профессор математики Роман Михайлов знаменит куда меньше, чем великий физик Энрико Ферми или великий математик Джон фон Нейман, но сказал тоже неплохо. О том, как много общего у науки с трюками шулеров и фокусников [o3]:

«Пару лет назад я начал изучать карточные трюки, чтобы лучше понять структуру обмана. И поначалу казалось, что это невозможно, что люди не могут вестись на подобный трюк. Но практика показывала, что трюк проходит практически всегда. Чем больше же я входил в эту деятельность, тем больше поражался изощрённости существующих карточных манипуляций, а также их наглости…»

Про то, сколь тесно взаимосвязаны три данные цитаты не только друг с другом, но и с Фрименом Дайсоном, станет яснее ближе к финалу. А для начала полезно напомнить об одной древней, но на удивление актуальной публикации – про особенности некой специфической религиозной философии.

Читать «Сколько хоботов у слона СМ» далее

( Январь 2023, idb@kiwiarxiv )

Главный герой этого сюжета – Джон Хорган, видный журналист и автор неординарных научно-популярных книг. Главная же тема рассказа – о том, как важно уметь отличать факты от их интерпретаций.

В бескрайнем мире англоязычной информации есть несколько очень хороших научно-популярных журналов. Одно из самых известных и особо респектабельных изданий такого рода носит название Scientific American.

Понятно, наверное, что для столь авторитетного журнала охотно пишут статьи практически все, кого редакция приглашает к сотрудничеству. Как сами учёные, получающие тут прекрасный шанс рассказать о своих достижениях широкой публике. Так и журналисты научно-популярного жанра, коль скоро сам факт публикаций в столь престижном издании существенно повышает профессиональный статус автора.

Здесь же у нас речь пойдёт о Джоне Хоргане, весьма особенном среди постоянных авторов SciAm. О таком талантливом журналисте, который многие годы не только регулярно печатался на страницах Scientific American, но и за свои возмутительные публикации умудрился уже дважды быть оттуда изгнанным. Первый раз ещё в конце 1990-х, последний – летом прошлого года…

Поскольку всякий раз прекращение сотрудничества происходило очень тихо, без скандалов и публичных заявлений от участников конфликта, читающая публика ничего как бы не замечает. Но коль скоро и поводы для расставаний были далеко не пустяковые, и статьи у Хоргана посвящены действительно весьма серьёзным проблемам науки, рассказывать и показывать эту историю здесь целесообразно именно так.

Как отражение реальных бед современной научной жизни. Как рассказ об отравлении подлинных достижений науки ядом бесстыжего пиара. И показ того, как важно быть внимательным и честным, даже если не понимаешь сути происходящего…

Читать «Хорганизм и кротовина» далее

( Декабрь 2022, idb@kiwiarxiv )

Имя Поля Дирака по праву входит в плеяду самых выдающихся учёных XX века. Но при этом научное наследие этого физика-теоретика до сих пор освоено на удивление плохо. Можно показать, что это не случайность.

В среде научного сообщества давно утвердилась и широко распространена точка зрения, согласно которой все выдающиеся достижения и открытия гениального физика П.А.М. Дирака (1902-1984) были сделаны им в возрасте до 30 лет. Иначе говоря, остальные полвека своей жизни он пытался работать в стороне от научного мейнстрима, но сколь-нибудь значительных результатов или успехов, увы, это не принесло.

Так, повторимся, общепринято считать. А потому серьёзной и глубокой разработкой непопулярных идей Поля Дирака почти никто из учёных давно не занимается. Что само по себе очень печально, конечно, но вполне исправимо.

Ибо факты этой истории таковы, что именно по причине полного игнорирования важных идей от позднего Дирака наша фундаментальная теоретическая физика в послевоенный период пошла сильно не туда. И ныне, соответственно, выбраться из того глубокого кризиса, в котором она оказалась, наука могла бы по тем самым маршрутам, что были намечены давным-давно Полем Дираком.

По-хорошему про все эти важные дела следовало бы написать обстоятельную и весьма озадачивающую в своих подробностях книгу. Но пока книга такая никем и нигде не написана, можно собрать-скомпилировать подходящие фрагменты разных расcледований kniganews. И продемонстрировать с их помощью, сколь много в этой истории странного и загадочного…

Читать «Дирак неизвестный» далее

( Ноябрь 2022, idb@kiwiarxiv )

Продолжение цикла «Одна Чёрная Птица рассказала» – о раздвоении и уменьшении симметрии. То есть опять про универсальный и сразу засекреченный принцип Паули, но теперь о его проекции в область чистой математики. Вот только чистой от физики математики, как постепенно обнаруживает наука, в природе просто не бывает…

Часть первая. 1935-1937-1939…

Выдающийся математик Владимир Арнольд (1937-2010), знаменитый не только своими достижениями, но и радикальными взглядами на дела науки, считал необходимым постоянно напоминать о такой идее [i1]:

Вопреки мнению большинства современных математиков, я, вслед за Пуанкаре, считаю математику частью физики, т. е. экспериментальной наукой. Слово «математика» означает «точное знание», и соответствующие открытия были получены из наблюдений явлений природы. [o1]

Из этих слов несложно понять, что «большинство современных математиков» отнюдь не считает свою науку частью физики. Более того, в их среде и поныне общепринятой остаётся давняя традиция чётко делить эту территорию знаний на математику «чистую» (сосредоточенную на формальных аксиомах и абстрактных мирах аксиоматических построений) и математику «прикладную». Занимающуюся проблемами реального мира, включая, среди прочего, и задачи науки физики.

По иронии судьбы именно во Франции, где жил и работал великий учёный-универсал Анри Пуанкаре, не признававший такое разделение и всегда сопрягавший математику с решением физических проблем, через два десятка лет после его смерти, в 1935 родился принципиально иной подход к деланию математики. Получивший собственное имя «Николя Бурбаки» – как коллективный псевдоним группы молодых-талантливых учёных – этот подход полностью и решительно отверг взгляды Пуанкаре.

Полагая математику не только самой строгой, но и вполне самодостаточной наукой, бурбакисты (как их обычно именуют) предпочитают заниматься абсолютно стерильной аксиоматикой и формальными построениями, полностью очищенными от каких-либо взаимосвязей с прочими областями естествознания и их практическими задачами.

Случайно так получилось или нет, достоверно неизвестно, но вскоре после рождения школы Бурбаки в этот мир пришёл учёный-универсал Владимир Арнольд (1937 г.р.). По достижении зрелости и научной известности, Арнольд – сначала в СССР, а затем и во Франции – стал одним из самых страстных и непримиримых борцов с весьма влиятельной в послевоенной математике «сектой бурбакизма».

Коль скоро нас здесь интересуют не столько идеологические битвы математиков, сколько тесные взаимосвязи математической науки с наукой физикой, то очевидно пора – по некоторым весьма глубоким причинам – процитировать соответствующие соображения на данный счёт от П.А.М. Дирака. Как одного из главных «отцов» квантовой физики и автора одного из самых загадочных физико-математических открытий XX века – квантового релятивистского уравнения (также известного под именем его первооткрывателя).

Уже самая первая из «философских» лекций Поля Дирака, прочитанная им в 1939 году, носила характерное название «Отношение между математикой и физикой» – и содержала следующее интересное наблюдение [o2]:

Чистая математика и физика становятся связанными все теснее, хотя их методы и остаются различными. Можно сказать, что математик играет в игру, в которой он сам изобретает правила, в то время как физик играет в игру, правила которой предлагает Природа.

С течением времени, однако, становится все более очевидным, что правила, которые математик находит интересными, совпадают с теми, которые избрала Природа.

В поддержку этого интуитивного наблюдения, как известно, в истории науки имеется великое множество разнообразных примеров. Но самый среди них впечатляющий, наверное, – это неожиданное открытие математиков Атьи и Зингера, сделанное в середине 1960-х годов. И подтвердившее интуицию Дирака с поразительной убедительностью.

Работая, как казалось исследователям, над сугубо абстрактной Теоремой об индексе, Майкл Атья и Изадор Зингер углубились в такие неведомые прежде недра чистой математики, где им удалось обнаружить удивительный объект-оператор. Своего рода математический генератор, порождающий все прочие соотношения и результаты для объединения весьма разных областей математики, прежде считавшихся отдельными друг от друга.

Самое же удивительное, что этот оператор-генератор оказался хорошо известен теоретикам квантовой физики. Ибо четвертью столетия ранее, в 1928, именно эту, по сути, формулу Поль Дирак неведомо как изобрёл и сделал основой своего знаменитого уравнения. Квантового релятивистского уравнения, успешно связавшего воедино столь разные вещи, как волновая природа материи, феномен спина частиц и эффекты относительности (деформаций) пространства-времени для больших скоростей. [i2]

Понятно, наверное, что этот в высшей степени примечательный факт совпадения операторов указывает на очень глубокие взаимосвязи между устройством математики и устройством физики (иначе именуемой Природа). Но вот как именно выглядит структура взаимосвязей в этих единых глубинах, понимания у науки и поныне нет даже близко.

Имеются, конечно, разного рода предчувствия авторитетных светил. Но светила эти, как известно, чаще всего друг с другом не согласны, отчего и разнообразные предчувствия их в ясную картину не складываются никак.

Разбираться с этими мутными вещами, впрочем, тут совершенно не хочется. Ибо гораздо интереснее рассмотреть нечто иное. То, как единый фундамент физики и математики на самом деле был определённо нащупан наукой очень давно, ещё в 1930-е годы. Вот только ключевые элементы этого коллективного открытия, к сожалению, заметить и постичь в ту пору учёные сразу не сумели.

А затем всем стало сильно не до этого…

Читать «Двоеточие ПСА, Хопф и Восьмёрка Зельдовича» далее

( Октябрь 2022, idb@kiwiarxiv )

Энрико Ферми и Этторе Майорана вместе успешно занимались одним и тем же делом. Однако маршруты биографий и судьбы достижений этих выдающихся учёных демонстрируют сильнейшие различия.

Если герои для сопоставления выбраны правильно, то метод сравнительных жизнеописаний может предоставлять исследователям не только в высшей степени поучительные истории, но и ускользавшие прежде факты, ведущие к новым научным открытиям.

Ситуация с научным осмыслением нашей истории до сих пор такова, что здесь пока ещё совершенно никак не освоены идеи «сквозного» или совокупного анализа научных вкладов от таких, скажем, мыслителей, которые являлись хронологически разными фрагментами одного и того же «жизнепотока-учёного».

Например, особенности развития науки физики начинают выглядеть существенно иначе, если понимать, что Блез Паскаль – это предыдущая жизнь Вольфганга Паули. Что Исаак Ньютон – это, в некотором глубоком смысле, «молодой» Эйнштейн. А биография Галилео Галилея, соответственно, многое проясняет в поворотах жизни Энрико Ферми.

Другой вариант осмысления истории – сопоставление людей-современников с очень похожей канвой «сцепленных» биографий. Таких, например, как Вольфганг Паули и Владимир Набоков. Или, скажем, Матвей Бронштейн и Этторе Майорана.

Наконец, в таком же расширенном контексте полезно сопоставлять и биографии тех учёных-современников, которые по всему выглядят как существенно разные жизнепотоки. Сопоставимые, разве что, лишь по масштабам своих выдающихся талантов, наработанных в течение множества воплощений.

Наглядный и поучительный пример такого «сопоставления третьего рода» могло бы предоставить развёрнутое сравнительное жизнеописание Энрико Ферми [1] и Этторе Майораны [2]. Ну а поскольку сопоставления этого пока никем, похоже, не написано, здесь имеется возможность привести хотя бы небольшой фрагмент подобного рода сдвоенной биографии.

Читать «Два гения и здравомыслие» далее

( Октябрь 2022, idb@kiwiarxiv )

Застывшие догмы современной науки делают её всё больше похожей на посюстороннюю религию. Парадоксальным лекарством от этой напасти могут послужить своего рода «прививки» знаний от одной глубоко религиозной – и чрезвычайно древней – культуры человечества…

За четырнадцать лет до наступления нового миллениума, в 1986, задорная девичья поп-группа the Bangles выпустила свою самую знаменитую песню-мегахит под странным названием «Ходи как египтянин» (Walk Like an Egyptian). Никакого глубокого смысла в тексте там не присутствовало, зато по радио и на танцах ритмичная песня заходила отлично, да и видеоряд в клипе получился на редкость удачным. Короче, в коллективное сознание публики это произведение впечаталось прочно и надолго.

Четырнадцать лет спустя после вступления мира в новый миллениум, в 2014, для той части публики, которую интересуют тексты со смыслом, вышла примечательная книга [1] под характерным названием Count Like an Egyptian (Считай как египтянин. Практическое введение в древнюю математику). Совершенно ясно, откуда взялось такое название. Куда менее очевидно, наверное, кому и почему данное произведение может быть сегодня интересно.

Если про тему древнеегипетской математики вы решите узнать из статей в стандартных энциклопедиях и справочниках, то перед вами предстанет нечто архаичное и примитивное («египтяне не знали таблицу умножения»), громоздкое и неуклюжее, да ещё и в причудливом замесе с религией египтян. В общем, абсолютно не похожее на математику современную. То есть в таком виде этот раздел истории науки представляется очень узкой нишей, интересной разве что лишь для совсем немногочисленных специалистов.

Однако, один из таких специалистов, Дэвид Реймер, американский математик-доцент в университете Нью-Джерси и автор книги «Считай как египтянин», в первой же главе своей работы предлагает в корне иной взгляд на предмет:

Я преподаю математику египтян в своём колледже. Для того, чтобы научить моих студентов, как перемножать и делить целые числа по-египетски, мне требуется меньше пяти минут. Легко освоив этот метод, далее студенты делают такие вычисления быстрее меня и почти всегда без ошибок.

А теперь сравните данный процесс с теми двумя примерно годами, которые затрачивают наши дети в начальной школе, заучивая наизусть таблицу умножения и наши правила арифметики для перемножения и деления чисел столбиком.

У меня есть сильные подозрения, что где-то там в небесах бог Тот, научивший египтян письменности и счёту, взирает на нас сверху с ухмылкой: «Ну, и кто тут теперь примитивный?»…

Читать «Математика Тота и физика Хемену» далее