История физики и типы физических теорий

В предыдущих параграфах то и дело приходилось рассматривать историю появления неординарных физических концептов. Становление физики происходило трудно и заняло более двух тысяч лет. Научная математика, созданная Евклидом, возникла в III в. до н.э. Рождение же научной физики связывают, в первую очередь, с трудами И. Ньютона. Разумеется, уже в античности формулировались гипотезы, которые явно способствовали возникновению физики как науки. Но они, как правило, были плохо обеспечены соответствующими экспериментальными изысканиями. Показательна в этой связи гипотеза Левкиппа и Демокрита о существовании атомов, которая в средних веках занимала также умы многих арабских мыслителей. Ни первые, ни вторые не были в состоянии доказать существование атомов и создать их теорию.

Порой устанавливались актуальные соотношения. Можно вспомнить в этой связи, например, открытие Архимедом законов рычага и выражение для силы, действующей на тело, погруженное в жидкость или же плавающее на его поверхности. Архимед, живший в одно время с Евклидом, был гением, равного которому не сыскать среди энтузиастов физики вплоть до Галилея. Но даже ему не суждено было создать последовательную во всех отношениях теорию, например, механики. Таблица 8.1 дает представление о развитии физики как науки.

Таблица 8.1. Хронология открытий в области физики

Годы	Авторы	Открытия
1638	Г. Галилей	Принцип относительности
1687	И. Ньютон	Законы механического перемещения тел и тяготения
1785	Ш. Кулон	Закон электростатического взаимодействия
1820	А. Ампер Ж.-Б. Био Ф. Савар	Законы электромагнитных взаимодействий
1831	М. Фарадей	Открытие электромагнитной индукции
1850	Р. Клаузиус Кельвин	Второе начало термодинамики
1857	Р. Клаузиус, Дж. Максвелл	Кинетическая теория газов
1865	Дж. Максвелл	Формулировка уравнений классической электродинамики
1887	Г. Герц	Открытие электромагнитных волн
1891	X. Лоренц	Формулировка преобразований Лоренца
1895	В. Рентген	Рентгеновские лучи
1895	X. Лоренц	Электронная теория
1896	А. Беккерель	Явление радиоактивности
1897	Дж. Томсон	Открытие электрона
1900	М. Планк	Открытие дискретности порций энергии
1905	А. Эйнштейн	Релятивистская механика
1911	Э. Резерфорд	Открытие строения атома
1911	X. Камерлинг-Оннесс	Открытие сверхпроводимости
1913	Н. Бор	Гипотеза электронных оболочек
1916	А. Эйнштейн	Общая теория относительности
1925	В. Гейзенберг	Квантовая механика
1926	Э. Шрёдингер	Уравнение Шрёдингера
1927	П. Дирак	Квантовая электродинамика
1932	Дж. Чедвик	Открытие нейтрона
1932	К. Д. Андерсон	Открытие позитрона
1934	Э. Ферми	Теория бета-распада
1938	О. Ганн, Ф. Штрассманн	Деление урана
1948	Р. Фейнман	Перенормируемая квантовая электродинамика
1948	Дж. Гамов	Теория Большого взрыва
1957	X. Эверетт	Многомировая интерпретация квантовой механики
1963	М. Гелл-Манн, Дж. Цвейг	Гипотеза существования кварков
1964	П. Хиггс	Бозон Хиггса
1967	Ш. Глэшоу, А. Салам, С.Вайнберг	Теория электрослабого взаимодействия, экспериментально подтвержденная в 1983 г. в результате открытия дубль-вэ-бозонов
1973	Д. Гросс, Ф. Вильчек	Асимптотическая свобода, теория сильного взаимодействия
2012	Группа авторов	Семейство бозоноподобных частиц, зафиксированных на Большом адронном коллайдере

История развития физики, несомненно, поучительна. Во многих книгах она описана довольно детально^[1]. Но остаются существенные разночтения относительно способа истолкования истории физики. По мнению автора, это следует делать посредством построения проблемного и интерпретационного рядов теорий. Это означает, что открытия не просто перечисляются одно за другим, но осмысливаются в систематической форме. Автору неизвестна ни одна книга по истории физики, где бы использовался метод управления теориями. В рамках данного учебника просто нет места для соответствующей работы. На протяжении всей книги указанный метод использовался в абсолютном большинстве глав.

История физики представляет собой благодатный материал для интеллектуального совершенствования каждого, кто является энтузиастом науки.

Осмысливаться она должна посредством построения проблемного и интерпретационного ряда физических теорий.

Перейдем к заключительным выводам, которые относятся к истории, философии и методологии физики. Современная физика предстает как совокупность многих теорий. Выделение проблемного и интерпретационного ряда теорий было проведено автором в связи с определением актуальных для физики классов эквивалентных отношений. В свою очередь, они позволяют с единых позиций оценить любые физические теории. Но, разумеется, при этом ландшафт физических теорий существенно обогащается. Рассмотрим в этой связи некоторые заслуживающие внимания интертеоретические отношения.

Общие теории, или сходные. Часто вводят представление об общих теориях. Например, отличают общую физику от специальной. Строго говоря, общие теории не существуют. У любых двух теорий нет ничего общего, тождественного. Но они могут обладать сходством. Второй закон Ньютона может реализовываться посредством как электродинамических, так и гравитационных концептов. Правильно утверждать, что второй закон Ньютона выражает сходство электродинамики и теории тяготения. Любая механика как раз и является теорией, в которой фигурируют некоторые классы специфически эквивалентных отношений.

Эквивалентные теории. Подчас в физике устанавливается эквивалентность теорий, которые первоначально казались разобщенными. В этой связи на память приходят, например, матричное и волновое представление квантовой механики, развитое соответственно Гейзенбергом и Шрёдингером, а также дуальность пяти 11-мерных концепций в теории струн, объединенных теперь в рамках М-теории. Наличие эквивалентных теорий показывает, что в науке часто происходит дивергенция знания, которая затем сменяется его интеграцией.

Синтетические теории. Порой разнородные теоретические системы синтезируются в единое теоретическое целое. Ярким примером является теория электрослабых взаимодействий, объединившая в единое целое теории электромагнитных и слабых взаимодействий. Синтез теорий приводит к концентрации знания, преодолению былой разобщенности.

Контекстные теории. Каждая теория обладает многочисленными контекстами. В этой связи рассматриваются, например, микрофизика, макрофизика, физика элементарных частиц, атомов, молекул, плазмы, жидкостей, твердых тел. Выше контекстные отношения рассматривались автором достаточно детально в связи с рассмотрением статистической физики. Контекстные теории различны, но все они обладают некоторыми чертами эквивалентности, которые как раз и фиксируются в соответствующих механиках.

Выводы

1. Итак, ландшафт физики конституируется находящимися в определенной связи друг с другом сходными, эквивалентными, синтетическими и контекстными теориями. Все вместе они образуют поле никогда не ослабляющегося проблемного напряжения.

2. Чтобы освоить его, необходимы неординарные усилия по постижению плюрализма. В этой связи решающее значение придавалось методу концептуальных переходов. И концептуальная трансдукция в процессе реализации цикла познания, и интертеоретические отношения являются разновидностями концептуальных переходов.