Научный взгляд на устройство вселенной
жүктеу/скачать 8,11 Mb. Pdf көрінісі
|
| Эйфелева башня
Релевантный масштаб Масштаб слишком велик ФРАНЦИЯ Эйфелева башня РИС . 3. В разных масштабах видна разная информация Я помню, как обидно мне было в школе, когда после долгих месяцев изучения законов Ньютона учительница объявила классу, что эти законы неверны. Но она была не совсем права. Законы Ньютона прекрасно работают на расстояниях и скоростях, кото- рые можно было наблюдать в XVII в. Ньютон рассуждал о физи- ческих законах, которые действуют при той точности, с которой он (или кто угодно другой в ту эпоху) мог проводить измерения. Чтобы делать успешные предсказания в те времена, ему не нужна была общая теория относительности. Она не нужна и нам, когда мы предсказываем поведение больших тел при относительно низ- ких скоростях и плотностях; здесь достаточно законов Ньютона. Сегодня, когда физики или инженеры изучают орбиты планет, им не обязательно знать точный состав Солнца. Так и законы, управ- 38 МАСШТАБИРОВАНИЕ РЕАЛЬНОСТИ ляющие поведением кварков, не оказывают заметного влияния на движение небесных тел. Концентрация на базовых компонентах, входящих в состав объекта, вряд ли поможет разобраться во взаимодействиях на бо- лее крупных масштабах, где крохотные субструктуры, как правило, играют незначительную роль. Было бы трудно добиться каких бы то ни было успехов в атомной физике, сосредоточив исследования на частицах, меньших, чем атомы, — кварках. Только в случаях, когда нам необходимо понять свойства ядра во всех подробностях, на сцену выходит кварковая субструктура. Бесконечно «точной точности» не существует, поэтому можно без опаски заниматься химией и молекулярной биологией, не обращая внимания на вну- треннюю структуру атомных ядер. Движения Элизабет Стреб в танце не изменятся, что бы ни происходило в ее теле на уровне квантовой гравитации. Хореография опирается лишь на законы классической физики. Все без исключения, в том числе и физики, с радостью поль- зуются более обобщенными описаниями, когда детали не подда- ются разрешению. Физики формализуют этот интуитивный под- ход и распределяют объекты по категориям исходя из значимых в каждом конкретном случае расстояний (размеров) или энергий. Для решения любой задачи используется так называемая эффек- тивная теория . Эффективная теория концентрируется на эле- ментах и силах, которые действуют и производят «эффект» на рас- сматриваемых масштабах. Вместо того чтобы описывать частицы и взаимодействия в терминах неизмеримых параметров, мы фор- мулируем нужные нам теории, уравнения и наблюдения для тех масштабов, которые нам в данный момент доступны и нужны для исследования. Эффективная теория, которую мы применяем для исследова- ний на больших масштабах, не предполагает, что вы сосредоточи- ваетесь на теориях, применимых на меньших масштабах. В ней говорится только о вещах, которые в данном масштабе можно из- мерить или увидеть. Если объект лежит за пределами разрешения того масштаба, в котором вы работаете, внутреннюю структуру этого объекта вам знать не обязательно. И такая практика вовсе ТЕБЕ — МАЛО, МНЕ — В САМЫЙ РАЗ 39 не является научным мошенничеством. Это просто эффективный способ избавиться от избыточной информации, получить точные ответы и удержать в поле зрения все значимые элементы системы. Неизвестные факторы, не оказывающие измеримого влияния на ситуацию, можно без опаски отбросить — вам не обязательно знать о них, чтобы успешно предсказывать поведение системы. Явления, недоступные исследователю при нынешнем уровне раз- вития техники, по определению, не вызовут никаких измеримых последствий, помимо тех, что уже приняты во внимание. Вот почему, даже не зная ничего о релятивистских законах движения или квантово-механическом описании атомных и суб- атомных систем, можно было делать точные предсказания. Это очень хорошо, ведь человек просто не в состоянии думать обо всем одновременно. Мы никогда ничего не добились бы, если бы не на- учились отбрасывать избыточные детали. «Невозможные» явления могут иметь место, но лишь в средах, которые мы еще не наблюдали. Эти явления незначимы на из- вестных нам масштабах — по крайней мере на масштабах уже исследованных. Происходящее на этих крошечных длинах будет скрыто от нас до тех пор, пока не изобретут инструменты, кото- рые позволят все рассмотреть, или пока при помощи достаточно точных измерений не удастся определить лежащую в основе таких явлений закономерность по слабым эффектам, которые они вы- зывают на более крупных масштабах*. Делая предсказания, ученые имеют право игнорировать объ- екты и явления, слишком мелкие для наблюдений. Дело не только в том, что невозможно выявить эффект от слишком мелких объ- ектов и процессов; вообще, физические эффекты любых процес- сов в некотором масштабе интересны лишь в той мере, в какой они влияют на физически измеримые параметры. Поэтому фи- зики описывают объекты и свойства в каком-нибудь измеримом масштабе при помощи эффективной теории, а затем используют результаты в научных исследованиях в том масштабе, с которым * Очевидный пример: радужную пленку на воде люди могли видеть и тысячу лет назад, но то, что она появляется вследствие волновой природы света, не имело практического значения. — жүктеу/скачать 8,11 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|