Загадки физики

Иногда некоторым из нас может быть трудно научится действовать как-то иначе, нежели оказывая давление. Точно так же для физиков был и остается трудным переход от физики Ньютона к квантовой физике и теории относительности.

Например, физика Ньютона основывалась на стандартных представлениях и терминах ОР, таких как объект и сила. Новой физике нужен новый язык, поскольку идеи объекта и силы перестали быть такими ясными, какими они были во времена Ньютона. Нам требуется новый лексикон, отражающий мир за пределами действия и противодействия. Хотя у нас есть более новая физика, ее новые понятия до сих пор основываются на терминологии Ньютона и старом мировоззрении.

Мы вместе узнали, что дифференциальное исчисление описывает законы движения физических тел в пространстве. Дифференциальное исчисление несет в себе тайну перехода от постепенного движения к течению, от шагов к танцу. Оно описывает танец процессов движения, который не поддается точному измерению в терминах изменений расстояния и времени. Изменение в данной точке представляет собой процессуальное понятие. Его нельзя точно измерить; его можно только переживать. Можно сказать, что в математические принципы, которые пытаются описывать физические явления, встроен принцип неопределенности, поскольку физически измеряемые величины вещей в потоке никогда не будут достаточно точными.

К этой неопределенности прибавляется ограничение, присущее всякому счету, всякому перечислению: описание события – это не само событие. Счет маргинализирует психологические процедуры сопоставления событий.

Даже хотя наши системы описания подразумевают взаимодействия между наблюдателем и наблюдаемым и даже хотя мы знаем, что дифференциальное исчисление описывает мир течения, а не мир дискретных состояний, мы думаем о событиях так, будто они происходят без человеческого участия, без человеческого сознания.

Давайте более подробно рассмотрим формулу f = m × а. Что именно мы подразумеваем под «силой» или «объектом», который ускоряет сила. Что такое объект, имеющий массу? Ньютон допускал, что масса – это мера инерции. Объект с большой массой более упрямо сопротивляется ускорению, чем объект с меньшей массой.

Но идея объекта, имеющего массу, не так проста. Подумайте о резиновом мяче. Попробуйте дать ему определение. Включает ли он в себя атомы, которыми он все время обменивается со средой? Включает ли он в себя пыль и грязь? Мяч постоянно меняется. Со временем меняется даже его цвет, поскольку резина разрушается. В отношении того, что такое мяч, существует неопределенность, и потому его масса тоже является слегка неопределенной.

Даже если бы нам удалось прекратить изменения мяча, связанные с пылью и выцветанием, мы бы все равно были неспособны помешать его массе изменяться. В начале XX в. Эйнштейн предсказывал, что масса мяча изменяется. Он обнаружил, что масса зависит от скорости по отношению к наблюдателю. Согласно Эйнштейну простое подбрасывание мяча в воздух изменяет его массу в соответствии со скоростью его движения4.

Поскольку энергия представляет собой способность перемещать вещи, мяч приобретает энергию просто потому, что его подбрасывают в воздух. Он изменяется, хоть и ненамного. Если мяч нагревают, он тоже приобретает энергию, и его масса становится больше. Энергия и масса взаимосвязаны. Согласно теории относительности между энергией и массой нет существенного различия. Энергия обладает массой, а масса представляет энергию.

Суть тут в том, что сегодняшние физики гораздо меньше, чем когда-либо уверены в отношении того, что представляет собой мяч на самом деле. Наши старые представления ОР – представления Ньютона – о природе массы, веса и размера объекта изменились. Больше не существует ничего полностью определенного.

Силы

Теперь давайте снова рассмотрим силы. Ньютон считал, что силы передаются, когда один объект непосредственно действует на другой объект, как, например, когда я бью ногой по мячу. Кроме того, Ньютон представлял себе силы, передающиеся на расстоянии, как например притяжение Луны, действующее на Землю, или притяжение Земли, действующее на вас и вызывающее у вас ощущение веса. Ньютон не знал, что такое сила притяжения Он просто предполагал, что она удерживает нас на Земле. Он рассуждал, что тяготение повсюду воздействует на материю подобно тому, как магнит действует на кусочки железа, – как сила, заставляющая их двигаться.

Сегодня, более чем через 250 лет после смерти Ньютона, физики по-прежнему не уверены в отношении того, что представляет собой тяготение или даже магнетизм. Некоторые полагают, что электромагнетизм возникает в результате воздействия виртуальных, то есть невидимых, воображаемых частиц, так сказать призраков. В квантовой электродинамике силы носят еще более странный характер. Они представляют собой виртуальные, невидимые частицы, налетающие на другие вещи. Понятие силы, действующей на расстоянии, сменяется понятием мнимых событий. Существует гипотеза, что гравитация – это тоже не только сила, но и виртуальная частица. То, что когда-то называлось силами, теперь считается частицами, взаимодействующими в квантовой сфере. Силы – это частицы, взаимодействующие в невидимой сфере.

Наши представления о массе и объектах тоже сомнительны. То, что Ньютон считал законом, а именно, что f = m × а, оказывается отчасти верным для крупных, медленных объектов, пока вы не пытаетесь измерять их слишком точно. Если вы не задаете слишком много вопросов о массе, не двигаетесь слишком быстро или не разбиваете вещи на все более мелкие части – иными словами, если вы остаетесь в сегодняшней общепринятой реальности, то f = m × a.