Ричард Фейнман - Характер физических законов

Вы можете ужаснуться, но у нас в физике есть примеры точно такого же типа. У нас есть эти слабые симметрии, с которыми приходится иметь дело следующим образом. У вас есть какая-то слабая симметрия, и вы вычисляете последствия в предположении, что она совершенно точная. Сравниваем результаты расчетов с экспериментом и видим, что они расходятся. Ну, ясно, ведь симметрия, о которой идет речь, только приближенная, так что если опыт согласуется с расчетами удовлетворительным образом, вы говорите: «Прекрасно!», а если они плохо согласуются между собой, вы говорите: «Здесь мы сталкиваемся со случаем особой чувствительности к нарушению симметрии». Это, конечно, смешно, но нам приходится двигаться вперед именно таким образом. Когда область исследования нова, а с новыми элементарными частицами мы познакомились совсем недавно, такой самообман, такое «прощупывание» наугад и составляет первые шаги науки. Относительно принципов симметрии физики справедливо все то, что можно сказать и о психологии, так что не нужно слишком смеяться. Вначале нужно только быть очень осторожным. При помощи расплывчатых теорий такого рода легко забраться в глухой тупик. Опровергнуть подобную теорию нелегко, и, для того чтобы в такой игре не оказаться выброшенным за борт, требуются немалая смекалка и опыт.

На этом пути угадывания, вычисления следствий и сравнения с экспериментальными результатами можно застрять в самых разных местах. Можно застрять на стадии угадывания, когда у нас нет плодотворной идеи. Или можно застрять при вычислении последствий. Например, Юкава [28]в 1935 г. предложил теорию ядерных сил, но никто не может рассчитать ее следствий из-за чисто математических трудностей, а следовательно, невозможно и проверить эту теорию на эксперименте. Эта теория оставалась в нетронутом виде в течение длительного времени, пока мы не открыли все эти дополнительные частицы, которых совершенно не предвидел Юкава, а следовательно, не все обстоит так просто, как считает его теория. Еще одна стадия, на которой можно застрять, – это стадия эксперимента. Например, квантовая теория гравитации продвигается вперед очень медленно, если только вообще продвигается, из-за того, что в любом реально осуществимом эксперименте квантовые эффекты и гравитация никогда не выступают одновременно. Гравитационные силы слишком слабы по сравнению с электрическими.

Но я физик-теоретик и получаю больше удовольствия от теоретической стороны процесса. А поэтому мне хочется более подробно поговорить о том, как делаются догадки.

Как я уже говорил раньше, совсем не важно, откуда родилась та или иная догадка, важно только, чтобы она согласовалась с экспериментом и была по возможности определенной. «Ну, – скажете вы, – да ведь это совсем просто. Нужно построить машину, большую вычислительную машину, со своего рода рулеткой, которая станет предлагать одну за другой разные теории, и каждый раз, как она делает догадку и предлагает гипотезу о свойствах природы, она немедленно вычисляет всякого рода следствия и производит сравнения с некоторым набором экспериментальных результатов, в нее заложенных». Другими словами, догадки – это работа для дурака. На самом же деле все совсем наоборот, и я постараюсь объяснить вам, почему это так.

Прежде всего возникает вопрос: с чего начать? Вы скажете: «Я бы начал со всех уже известных принципов». Но все известные нам принципы несовместимы друг с другом, так что от чего-то нам нужно отказаться. Мы непрерывно получаем десятки писем, в которых настаивают, чтобы мы пожертвовали чем-то в наших догадках, в наших теориях. В одном письме нам пишут: «Вы все время говорите, что пространство непрерывно. Но откуда вы знаете, как только речь заходит о достаточно малых отрезках, что в них содержится достаточно много точек и что это не просто большое число дискретных точек, разделенных маленькими промежутками?» Или: «Знаете ли, эти квантовомеханические амплитуды вероятности – это так сложно и непонятно. И что заставляет вас думать, что так оно и есть? Может быть, вы не правы?» Такие возражения очевидны и совершенно ясны всякому, кто работает над этими проблемами. Указывая на них, вы никому не принесете пользы. Задача состоит не в том, чтобы указать на возможную ошибку, а в том, чтобы в точности указать, как ее можно исправить, чем заменить отброшенное. Например, в случае непрерывного пространства предположим, что точное утверждение таково: пространство состоит из последовательности точек, и промежутки между ними не имеют никакого смысла, а все точки организованы в кубическую решетку. Тогда нетрудно показать, что это утверждение ложно. Оно не проходит. Задача не в том, чтобы просто сказать, что это неверно, а в том, чтобы заменить старое утверждение чем-то новым, а это не так-то просто. Как только вы подставите вместо отвергнутого что-то действительно определенное, почти сразу становится ясным, что это предложение не годится.

Вторая трудность в том, что число возможных предложений бесконечно. Все это выглядит примерно так. Вы сидите и трудитесь в поте лица, вы работаете уже давно – и все для того, чтобы открыть сейф. Но тут появляется умник, который понятия не имеет, что вы тут делаете, а знает только, что надо открыть сейф, и говорит: «А почему бы не попробовать комбинацию 10: 20: 30?» Но ты не сидел сложа руки, ты ведь испробовал тысячу комбинаций, может быть, ты уже попробовал и комбинацию 10: 20: 30. Может, ты уже знаешь, что средние цифры – это 32, а не 20. Или уже установил, что в комбинации всего пять цифр… Так что, будьте добры, не посылайте мне писем, в которых вы пытаетесь объяснить мне, как все должно быть. Я их читаю – я их всегда читаю, для того чтобы убедиться в том, что я уже думал о том, что в них предлагается, – но отвечать на них слишком долго, так как, по правде говоря, они все на уровне «Давайте попробуем комбинацию 10: 20:: 30». Обычно у природы гораздо больше воображения, чем у нас, как мы видели на примере других, очень тонких и глубоких теорий. А выдвинуть такую тонкую и глубокую гипотезу совсем не просто. Для того чтобы догадаться, нужно быть по-настоящему умным, и это невозможно сделать вслепую на машине.

Теперь я хочу рассказать вам об искусстве угадывания законов природы. Это действительно искусство. Как же это делается? Для того чтобы попытаться получить ответ на этот вопрос, можно, например, обратиться к истории науки и посмотреть, как это делали другие. Вот поэтому мы и займемся историей.

Нам нужно начать с Ньютона. Он находился в таком положении, что его знания были неполными, и он мог угадывать законы, сопоставляя понятия и представления, которые лежали близко к эксперименту. Между наблюдениями и экспериментальной проверкой не было дистанции огромного размера. Таков первый способ, но сегодня при его помощи вам вряд ли удастся добиться успеха.