|
Предисловие
 "Как показывает опыт, ничто с такой силой не побуждает высокие умы к работе над обогащением знания, как постановка трудной и в то же время полезной задачи". Иоганн Бернулли (1654–1705) Слова Бернулли привел великий математик Давид Гильберт в августе 1900 г., когда он поставил свои знаменитые 23 проблемы перед лучшими математиками мира, собравшимися на II Международный конгресс. Шестой проблемой была проблема аксиоматизации физики. Действительно, как облегчился бы труд физиков, если бы можно было сформулировать N (N меньше бесконечности) исходных аксиом и из них уже логическим путем получать все следствия, нужные для описания явлений окружающего нас мира. Но именно 1900 г. был годом рождения новой квантовой физики. Через четыре месяца после доклада Гильберта Макс Планк сообщил удивленному миру свою гипотезу квантов; далее развитие физики (и даже механики, на которую Гильберт возлагал наибольшие надежды) пошло совсем другим путем. Современная квантовая механика развивается совсем не так, как можно было бы ожидать от логически замкнутой теории. Полная внутренних противоречий в релятивистской области, она не дает никаких надежд на близкую аксиоматизацию и вместе с тем на исчезновение парадоксов, которые она, однако, умеет обходить, когда надо сосчитать реальные эффекты. Но так, сравнительно благополучно, дело обстоит до тех пор, пока мы интересуемся эффектами электродинамическими. Теория и опыт согласуются уже сейчас до тысячных долей процента, оставляя физиков в почтительном изумлении перед всеобъемлющей силой электродинамики, честно описывающей процессы в галактиках и в атомных ядрах. Но взаимодействия в природе значительно богаче тех, которые могут описать уравнения Максвелла и уравнения тяготения Эйнштейна (в точности которых мы также не сомневаемся). Ядерные силы, бета-распады и многие другие процессы, известные и хорошо изученные физиками, до сих пор не имеют разумного теоретического обоснования. Многие закономерности и эмпирические правила, накопленные экспериментаторами (не без активной помощи теоретиков), не укладываются в какую-либо единую схему. И вот на фоне сотен попыток построить удовлетворительную теорию явлений микромира возник новый метод, новая форма рассуждений, лишенная на первый взгляд четких основ. Это – метод симметрии, оказавшийся очень эффективным в применении именно к тем процессам, для которых старая теория бессильна. Когда-то симметрию называли "гармонией мира". Поиски гармонии мира привели одного из самых ярких естествоиспытателей всех времен Иоганна Кеплера к открытию законов движения планет. Что было известно Кеплеру? Необычайно много наблюдений – результат титанического труда Тихо Браге и самого Кеплера – и совсем ничего из того, что мы сейчас называем механикой. И так, не зная ни одного из законов Ньютона, Кеплер, руководствуясь только идеей о простых соотношениях между орбитами планет, находит законы, которые потом укладываются в фундамент механики Ньютона (характерно, что хотя Ньютон, признававший только логическое развитие науки, и упоминает Кеплера, но идеи Кеплера остаются ему чуждыми.). Конические сечения как орбиты планет, законы площадей и простые соотношения между размерами орбит и периодами обращения предстали перед Кеплером как проявления гармонии природы. Необычайно искусно соединив оккультные (а потому бесплодные) поиски астрологов с мастерством астронома-наблюдателя и подкрепив с пчелиным трудолюбием свои идеи вычислениями, он открыл новый путь в познании мира. Строгие логические обоснования идей Кеплера пришли лишь много позже. Идеи симметрии возродились в естествознании только к концу XIX века, когда появились первые признаки того, что логически стройные аналитические методы приводят к тупику в объяснении новых явлений природы. Замечательно, что в упомянутом докладе Гильберт предсказывал теории групп Ли большую будущность в физике. Но от первых замечаний до реального дела прошло еще немало лет. С большим трудом проникали в физику идеи симметрии и казавшийся почти всем очень сложным и абстрактным аппарат теории групп. Решающая роль здесь принадлежит Г.Вейлю и Э.Вигнеру (книги Э.Вигнера "Теория групп и ее приложения к квантовомеханической теории атомных спектров" (ИЛ, 1961) и Г.Вейля "Классические группы, их инварианты и представления" (ИЛ, 1947), изданные на русском языке, сохранили всю свою ценность до настоящего времени. К сожалению, осталась непереведенной книга Г.Вейля "Теория групп и квантовая механика".). В конце 20-х годов они увидели в квантовой механике идеальную среду для самого эффективного применения уже достаточно сильно развитого к тому времени аппарата теории групп. Решение уравнения Шредингера, теория атомных спектров – достаточно простые примеры приложения теории группы трехмерных вращений. Вероятно, первой работой по теории групп, результат которой не был известен заранее, была работа Вигнера по обращению времени (ее мы поместили в дополнении к данной книге в знак уважения к той роли, которую она сыграла в развитии квантовой механики). Групповые методы внесли большой вклад и в развитие теории релятивистского электрона (уравнение Дирака). Тем не менее, хотя успехи теории групп стали очевидными для большинства физиков, она в те годы с трудом пробивала себе путь в учебники и монографии. Новый максимум интереса к теории групп возник в начале 60-х годов, когда появились статьи Гелл-Манна и Неемана о так называемой унитарной теории элементарных частиц (восьмеричный путь). Работа Гелл-Манна несколько шокировала физиков, и в начале ее даже не хотели принимать к печати. Метод открытия унитарной симметрии находился в резком конфликте со всей предыдущей историей физики. Для этой схемы не было никакой модели, и, несмотря на многие попытки, "кварки", лежащие в основе классификации Гелл-Манна (но не обязанные быть реальными даже в рамках этой схемы), так и не были обнаружены в природе. Дальнейшие обобщения модели развивались в разных направлениях, и сейчас групповые методы заняли в теоретической физике весьма почетное место. Для молодого поколения физиков язык теории групп стал родным. Однако все достижения теории групп не отвечают на один вопрос: почему теория групп описывает природу? Но тогда законно задать еще два вопроса: почему вообще математические формулы могут описывать явления природы и почему явления природы описываются столь абстрактными формулами квантовой механики? Каждый физик рано или поздно приходит к этим вопросам. Может быть, Кеплер имел право себя об этом не спрашивать, но физика XX века эти вопросы не перестают мучить. Э.Вигнер, на глазах которого протекала вся история квантовой механики, много думал и писал на эту тему. Его статьи содержат, по-видимому, наиболее полную информацию об эволюции взглядов на роль симметрии в физической теории. Не надо, конечно, ожидать, что эти статьи содержат исчерпывающий ответ на все вопросы. К ним надо относиться скорее как к материалу для размышлений. Автор обращается к читателю-физику и читателю-философу с изложением своих мыслей и, по сути дела, приглашает их к научному спору. В этом ценность книги Вигнера. При чтении книги придется порой заглянуть в учебник квантовой механики или в философскую энциклопедию. Однако в каждой из статей читатель найдет для себя новые точки зрения, которые заставят его задуматься над принципиальными основами современной физической картины мира. Статьи, включенные в данную книгу, взяты в основном
из сборника Я.Смородинский
Профессор Вигнер не только крупный ученый, но и ученый,
наделенный необычным даром доходчиво излагать результаты
научных исследований для неспециалиста, проявляющий к тому же большой интерес к проблемам, которые возникают перед человечеством
при практическом применении науки. В эту книгу
мы постарались включить многие из популярных статей Вигнера,
опубликованных в различных журналах. Надеемся, что
чтение этих статей окажется для читателей столь же стимулирующим,
каким оно оказалось для редакторов.
Уолтер Дж.Мур, проф. химии.
Университет штата Индиана.
Майкл Скривен,
проф. истории и философии науки.
Университет штата Индиана.
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
