Реферат: Свойства симметрии и закона сохранения
Ульяновский Государственный Технический Университет
Авиационный филиал
Кафедра экономики, управления, информации
КУРСОВАЯ РАБОТА
по теме: “Свойства симметрии изакона сохранения”
Выполнила: студентка группы МД-23
__________________________
Проверил: __________________________
__________________________
г. Ульяновск
1998 г.
ВВЕДЕНИЕ
Слово«симметрия» («symmetria») имеет греческое происхождение иозначает «соразмерность». В повседневном языке под симметриейпонимают чаще всего упорядоченность, гармонию, соразмерность. Гармоничнаясогласованность частей и целого является главным источником эстетическойценности симметрии. Кристаллы издавна восхищали нас своим совершенством,строгой симметричностью форм. Симметричные мозаики, фрески, архитектурныеансамбли будят в людях чувство прекрасного, музыкальные и поэтические произведениявызывают восхищение именно своей гармоничностью. Таким образом, можно говоритьо принадлежности симметрии к категории прекрасного.
Научноеопределение симметрии принадлежит крупному немецкому математику Герману Вейлю(1885-1955), который в своей замечательной книге «Симметрия» проанализировал также переход от простогочувственного восприятия симметрии к ее научному пониманию. Согласно Вейлю, подсимметрией следует понимать неизменность (инвариантность) какого-либо объектапри определенного рода преобразованиях. Можно сказать, что симметрия естьсовокупность инвариантных свойств объекта. Например, кристалл может совмещатьсяс самим собой при определенных поворотах, отражениях, смещениях. Многиеживотные обладают приближенной зеркальной симметрией при отражении левойполовины тела в правую и наоборот. Однако подчиняться законам симметрии можетне только материальный, но и, к примеру, математический объект. Можно говоритьоб инвариантности функции, уравнения, оператора при тех или иных преобразованияхсистемы координат. Это в свою очередь позволяет применять категорию симметрии кзаконам физики. Так симметрия входит в математику и физику, где она такжеслужит источником красоты и изящества.
Постепенно физика открывает все новые виды симметрии законовприроды: если вначале рассматривались лишь пространственно-временные(геометрические) виды симметрии, то в дальнейшем были открыты еенегеометрические виды (перестановочная, калибровочная, унитарная и др.).Последние относятся к законам взаимодействий, и их объединяют общим названием«динамическая симметрия».
СИММЕТРИЯ.
<span Times New Roman",«serif»">Анализ развития физики позволяетзаметить, что по трудному пути к идеалу — единой картине мира — ее вела идеясимметрии. С помощью представления о симметрии человек пытается понять порядок,красоту и совершенство природы. Первоначальный смысл симметрии — этосоразмерность, сходство, подобие, порядок, ритм, согласование частей вцелостной структуре. Симметрия и структура неразрывно связаны. Если некотораясистема имеет структуру, то она обязательно имеет и некоторую симметрию. Идеясимметрии имеет исключительное значение и как ведущее начало в осмысленииструктуры физического знания. Едва ли можно оспаривать эвристическую ценность иметодологическое значение принципа симметрии. Известно, что при решенииконкретных физических проблем этот принцип играет роль критерия истинности.
<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">
<span Times New Roman",«serif»">С древних времен идея симметрииоказывала огромное влияние на развитие научной мысли. На эту идею еще при своемвозникновении опирались натурфилософия, космология и математика. Пифагорейцысоздавали первые космологические системы центрально-симметричной Вселенной, ониразработали учения о пропорциях, о музыкальных тонах и о пяти симметричныхмногоголосиях, отождествлявшихся с основными природными стихиями. Гиппас ввелтермин “симметрия”, который буквально означал “соразмерность”. Идеи симметрии,гармонии и сохранения были основными в структуре древнегреческой мысли ипонимались как переходящие друг в друга. Анаксимандр, Анаксимен и Гераклитсоздали учение о вечном космосе, который периодически возникает и умирает.Учение Левкиппа и Демокрита о пустоте и вечных и неизменных, но движущихсяатомах основано на идее симметрии, гармонии и сохранения материи. Пустота, окоторой говорится в этом учении, может быть условно представлена какпервоначальный образ безграничного трехмерного однородного и изотропногоевклидова пространства.<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">
<span Times New Roman",«serif»">Во время Ренессанса идея симметрии,забытая в период средневековья, была возрождена. Николай Кузанский формулируетосновы концепции однородного изотропного, бесконечного пространства. У Леонардода Винчи зреет мысль об однородности времени. Аргументы, основанные на идеесимметрии, появляются в учении Н. Коперника. Система Коперника играет важнуюроль в восприятии идеи пространственно-временной симметрии, необходимой дляразвития классической механики. Дж. Бруно отстаивает мысль о бесконечномоднородном изотропном пространстве. Г. Галилей формулирует принципы инерции иотносительности. Он, а также И. Кеплер, Р. Декарт и X. Гюйгенс развивают идеи опространственно-временной симметрии до такой степени, что они становятсяфундаментальными в “Началах” И. Ньютона. Введение понятий абсолютногопространства и абсолютного времени в ньютоновской механике приводит кобъединению локальной и космологической симметрий в единую симметрию.<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">
<span Times New Roman",«serif»">Однако зародившийся в начале XVII в.теоретико-инвариантный подход не смог получить полного развития. Позднее, вэпоху аналитической механики, установился стиль, при котором физическая теориярассматривалась формально как математическая теория дифференциальных уравнений.Л. Эйлер, Ж. Даламбер, Ж. Лагранж выдвинули на первый план аксиомы динамики.Динамический подход не нуждался в явном виде в идее симметрии, но опирался нанее неявным образом. И во второй половине XVII в. идея симметрии временнопотеряла свое фундаментальное и эвристическое значение. Законы сохраненияутратили свои основные позиции и стали теоремами — вычислялись как интегралыдвижения.<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">
<span Times New Roman",«serif»">Такой стиль мышления господствовал доначала нашего столетия, когда на передний план был снова выдвинуттеоретико-инвариантный подход. Стало ясным, что переход от динамического ктеоретико-инвариантному стилю мышления стал неизбежным. Еще в середине XIX в.постепенно усиливался интерес к принципам симметрии и сохранения. Этот процессстал результатом действия двух факторов. С одной стороны, физика освобождаласьот тесных рамок механики. Формировались и быстро развивались новые областифизики — термодинамика, оптика, электродинамика. Ю. Майер открыл законсохранения и превращения энергии. С другой стороны, развивались новыематематические теории — теория групп, неевклидова геометрия.<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">
<span Times New Roman",«serif»">Необходимо отметить, что в классическойфизике XVII—XIX вв. идея симметрии не была явно связана с принципами относительностии инвариантности. Как известно, в физике термин “симметрия” идет отнатурфилософии и геометрии, и применялся он прежде всего в кристаллографии,которая в отличие от механики не считалась фундаментальной. Первым вне рамокфизики кристаллов использовал идею симметрии П. Кюри, рассуждавший в 1894 г. осимметрии электрических и магнитных полей. Но идея Кюри осталасьнеразработанной и не оказала влияния на развитие физики. И только в последнеевремя, после работ Е. Вигнера, принципы инвариантности и относительности вкачестве физических законов стали пониматься явным образом как принципысимметрии.<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">
<span Times New Roman",«serif»">Инвариантный подход формируется иутверждается с появлением специальной теории относительности. В рамках этогоподхода физические теории рассматриваются как теории инвариантов некоторыхгрупп преобразований. Дальнейшее развитие идеи относительности — создание общейтеории относительности, релятивизация различных физических теорий, опытразработки единой теории поля, создание релятивистской космологии (работы А.Эйнштейна, В. де Ситтера, А.А. Фридмана) — принесли новые успехи в этомнаправлении еще в первой четверти нашего столетия. Э. Нетер выяснила связьмежду принципом симметрии и принципом сохранения. Окончательно утвердилсяинвариантный подход и в квантовой теории. В 1930 г. П. Дирак писал: “… Теорияпреобразований, которая прежде всего была использована в теорииотносительности, а вслед за этим и в квантовой теории, выражает сущность новогометода в теоретической физике. Ее современный прогресс состоит в том, что нашиуравнения становятся инвариантными относительно все более широкого классапреобразований”. И поистине, успехи современной физики элементарных частицнемыслимы без теории инвариантов. Принцип симметрии пронизывает все структурысовременной физики. Как методологический принцип, он лежит в основанииразличных физических теорий и определяет структурную организацию современнойфизической теории как целого.<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">
<span Times New Roman",«serif»">Детально анализируя различные конкретныевиды симметрии, Н.Ф. Овчинников пришел к выводу, что в абстрактном виде принципсимметрии представляет собой единство противоположностей: изменения исохранения. “Единство сохранения и движения,— пишет он,— такова краткаяформулировка симметрии, выраженная на абстрактно-теоретическом уровне”. Такоеопределение симметрии представляется наиболее общим и применимым для всякогослучая. Симметрия означает, что при некоторых преобразованиях сохраняютсянекоторые вещи, свойства и отношения. Сохранение означает тождество, апреобразования соответствуют изменениям, которые испытывает данное тождество. Вэтом смысле если сохранение указывает на абстрактное, неизменное тождество, тосимметрия соответствует конкретному, изменяющемуся в тождестве. Иными словами,симметрия есть конкретное сохранение. Путь познания от принципа сохранения кпринципу симметрии представляет собой восхождение от абстрактного кконкретному.<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">
<span Times New Roman",«serif»">Как принцип сохранения, так и принципсимметрии, по утверждению Н.Ф.<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US"> <span Times New Roman",«serif»">Овчинникова,являются “генерализующими принципами”. Этот исследователь сформулировал законсохранения симметрии, в соответствии с которым при всяком нарушении симметрииустанавливается новый, высший вид симметрии. Пример такого отношения —установление СРТ-симметрии. Открытие некоторой асимметрии не означает отрицанияпринципа симметрии. “Правое” и “левое” сами по себе асимметричны, но взятыевместе как единство противоположностей составляют высшую симметрию. Вообще,асимметрия необходима как противоположность симметрии. Асимметрия и симметрия вединстве образуют высшую метасимметрию.<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">
<span Times New Roman",«serif»">Следование принципу симметрии —существенный и эффективный метод преодоления проблемной ситуации, тех кризисныхмоментов, когда становится очевидной противоположность между теорией иэкспериментальными фактами или между элементами внутри самой теоретической концепции.Как фундамент современной теоретико-инвариантной концепции такойметодологический принцип оказывается важнейшим фактором, определяющимструктурную организацию физической теории. “Выдвижение на передний плантеоретико-инвариантного подхода создает необходимые предпосылки для отысканиявыхода из различных проблемных ситуаций в развитии современной физики,— пишетВ.П.<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US"> <span Times New Roman",«serif»">Визгин.— В этом уже неоднократноубеждались при исследовании эвристических и прогностических функций принципасимметрии и как систематического способа построения физической теории, и какспособа описания развития, и как принципа организации”<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US">.<span Times New Roman",«serif»"><span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">
<span Times New Roman",«serif»">Анализируя действие принципа симметрии вразличных проблемных ситуациях, В.П.<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US"><span Times New Roman",«serif»">Визгинотмечает два дополнительных момента: с одной стороны, симметрия и ее нарушениявыступают как источник проблемной ситуации и одновременно симметрия служитметодом ее преодоления, а с другой стороны, априоризация (“замораживание”)определенного вида симметрии препятствует разрешению проблемной ситуации.Первым шагом к прояснению проблемы является открытие инвариантности,установление симметричных элементов. В самом общем случае стремлениевосстановить нарушение симметрии — это путь преодоления проблемной ситуации.Такая эвристическая сила принципа симметрии как метода нахождения выхода изпроблемной ситуации воспринимается как фактическое оправдание закона сохранениясимметрии, сформулированного Н.Ф.<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US"><span Times New Roman",«serif»">Овчинниковымв виде универсального принципа природы и научного познания.<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">
<span Times New Roman",«serif»">Действие принципа симметрии в проблемныхситуациях можно показать на некоторых примерах. Когда теоретическое осмыслениеэкспериментальных фактов ведет к установлению некоторой симметричнойзакономерности, одновременно появляется и необходимость в переосмыслениитеории, так чтобы она объясняла зависимости симметрического вида между этимиэкспериментальными фактами. И.<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US"> <span Times New Roman",«serif»">Кеплер,анализируя результаты астрономических наблюдений Т.<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US"> <span Times New Roman",«serif»">Браге, открыл законы движенияпланет. Можно заметить, что законы Кеплера имеют симметрическую основу: первыйзакон говорит об эллиптичности орбит, второй и третий законы представляютсобой, по существу, законы сохранения — секторной скорости планет и соотношенияR3/Т3. Такая симметрия не могла быть объяснена на основе господствовавших тогдатеоретических представлений Аристотеля и Коперника. Возникла проблемнаяситуация, которая была разрешена Ньютоном, создавшим теорию, объясняющуюкеплеровскую симметрию.<span Times New Roman",«serif»"> Другой интересный пример связан стеорией атома водорода, сформулированной Н.
<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US"><span Times New Roman",«serif»">Бором.Опыты Э.<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US"> <span Times New Roman",«serif»">Резерфорда по рассеянию альфа-частицдля выяснения строения атома показали, что структура атома симметрична.Обобщенная формула Бальмера и комбинационный принцип рассеяния Рица имеютсимметричный характер. Вместе с гипотезой М.<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US"><span Times New Roman",«serif»">Планкао квантах они выходят за рамки классической физики. Образовалась исключительносложная проблемная ситуация, о которой А.<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US"><span Times New Roman",«serif»">Эйнштейнв своей творческой автобиографии писал так: “Все это стало мне ясно уже вскорепосле появления основной работы Планка, так что я, хотя и не имел замены дляклассической механики, все-таки мог видеть, к каким следствиям ведет этот законтеплового излучения как для фотоэлектрического эффекта и других родственных емуявлений, связанных с превращениями лучистой энергии, так и для теплоемкостител, в частности твердых тел. Но все мои попытки приспособить теоретическиеосновы физики к этим результатам потерпели полную неудачу. Это было так, точноиз-под ног ушла земля и нигде не было видно твердой почвы, на которой можнобыло бы строить. Мне всегда казалось чудом, что этой колеблющейся и полнойпротиворечий основы оказалось достаточно, чтобы позволить Бору — человеку сгениальной интуицией и тонким чутьем — найти главнейшие законы спектральныхлиний и электронных оболочек атомов, включая их значение для химии. Это кажетсямне чудом и теперь. Это — наивысшая музыкальность в области мысли”.<span Times New Roman",«serif»"> Но какой выход из проблемнойситуации нашел Бор? Опираясь на гипотезу Планка о квантах, Бор фактическивосстановил права принципа симметрии, так как его постулат — это, по существу,закон сохранения энергии и момента импульса. Эйнштейн объяснил фотоэффект,используя квантовую гипотезу. Его уравнение фактически представляет собой законсохранения энергии. Планк также с помощью гипотезы о квантах преодолелпроблемную ситуацию — “ультрафиолетовую катастрофу”. Но тут естественнымобразом возникают вопросы: каково отношение самой квантовой гипотезы к принципусимметрии? не указывает ли постоянная Планка на сохранение? как относятсяпринцип неопределенности и принцип дополнительности к принципу симметрии? можетли проблемная ситуация в квантовой теории — боровской концепциидополнительности — быть освещена с позиций принципа симметрии?
<span Times New Roman",«serif»"> Известно, что симметрия,обнаруженная в математическом аппарате, стала источником проблемной ситуации иодновременно методом преодоления ее. В этом отношении примечательна специальнаятеория относительности. Инвариантность уравнений Максвелла относительнопреобразований Лоренца породила проблемную ситуацию, из которой Эйнштейн нашелвыход, пересмотрев представления о пространстве и времени и обосновав новуюсимметрию. При этом специальная теория относительности создала новую проблемнуюситуацию, но предсказанные ею релятивистские эффекты (зависимость массы отскорости и др.) способствовали утверждению и признанию данной теории.
<span Times New Roman",«serif»"> Показателен и пример роли симметриив физике элементарных частиц. Речь идет о предсказании омега-гиперона на основеSU-симметрии. Теоретические успехи физики элементарных частиц были бы немыслимыбез открытия сохранения барионного заряда, лептонного заряда, изотоническогоспина, странности и др., которым соответствует определенная симметрия. Идеясимметрии подсказала кварковую модель. Это породило новую проблемную ситуацию,выход из которой также связан с использованием принципа симметрии.
<span Times New Roman",«serif»"> Приведенные примеры, демонстрирующиероль принципа симметрии в разрешении проблемных ситуаций, позволяют утверждать,что как только фиксируется фундаментальное нарушение симметрии, напримерР-симметрии или СР-симметрии, так сразу же возникает острая проблемнаяситуация, выход из которой связан с установлением новой, более высокойсимметрии. И как только эта симметрия выявлена, так сразу же физика получаетновый стимул для своего развития. Иными словами, закон сохранения симметрииопределяет пути развития физики. И наоборот, априоризация определенного видасимметрии, ее абсолютизация тормозят решение проблемной ситуации, а тем самым иразвитие физической теории. История физики дает много примеров такойабсолютизации и ее последствий: это абсолютизация аристотелевской симметриипространства и времени, ньютоновской симметрии пространства и времени,различные попытки ревизии теории относительности, желание приписать отдельнымвидам симметрии универсальность и т.д.
<span Times New Roman",«serif»"> Две тенденции: движение симметрии кее высшим конкретным формам и стремление к ограничению такого движения,проявляющееся в абсолютизации определенного вида симметрии,— находятся впостоянном конфликте. В.П.
<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US"> <span Times New Roman",«serif»">Визгинпишет по этому поводу: “Симметрия — оружие обоюдоострое: с одной стороны,симметрия и ее нарушения есть источник проблемной ситуации и метод ихпреодоления, а с другой — всякая симметрия, взятая отдельно и возведенная вранг универсальной и абсолютно достоверной истины, есть существенная преградана пути развития физики. Эти две особенности симметрии нередко такпереплетаются между собой, что одни физики видят в нарушении симметрии крахтеоретической системы и пытаются любой ценой законсервировать принципыинвариантности, которые кажутся им нерушимыми. Другие физики в это же времявидят в таком нарушении стимул развития теории, плодотворный и преобразующий.Именно такое развитие проблемной ситуации, связанное с симметрией, частосопровождалось жаркими спорами и истинным драматизмом (борьба Галилея противсхоластики Аристотеля, коллизия Галилей — Кеплер, борьба Лейбница и Гюйгенсапротив концепции абсолютного пространства и времени, неевклидова геометрия,дискуссии вокруг СТО и ОТО, история открытия несохранения четности и т. д.)”.<span Times New Roman",«serif»"> Итак, принцип симметрии,превращенный в метод, определяет пути движения физической теории к истине,способствует успешному преодолению проблемных ситуаций. Кроме того как единствопротивоположностей принцип симметрии управляет и процессом саморазвития —борьбой двух противоположных тенденций, установлением новых форм симметрии исохранением их. Отсюда становится очевидным, что существует самая тесная связьмежду симметрией и сохранением.
ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ.
В философском энциклопедическом словаре читаем «Закон — внутренняясущественная и устойчивая связь явлений, обусловливающая их упорядоченноеизменение. На основе знания закона возможно достоверное предвидение теченияпроцесса. Понятие закона близко кпонятию закономерности, которая представляет собой совокупность взаимосвязанныхпо содержанию законов, обеспечивающих устойчивую тенденцию или направленность визменениях системы. Вместе с тем закон выражает одну из сторон сущности,познание которой в теории совпадает с переходом от эмпирических фактов кформулировке законов изучаемых процессов».
Понятие закона сформулировалось в результате длительного развития науки ифилософской мысли. Из каких же источников почерпнуто это понятие? Одним изтаких источников является социально-историческая практика человечества. Вдревнем обществе, в условиях первобытного родового строя закон выступает преждевсего как неописанное, но тем не менее обязательное правило, которому должноподчиняться поведение людей.
При этом формирование понятия закона связано с двумя формамиобщественного сознания, характерными для первобытного общества — мифологией ирелигией.
Одним из центральных элементов античной мифологии было представление огосподствующей в мире всеобщей необходимости, судьбе. Судьба случаев как некаяабстрактная сила, объективная необходимость. Так зарождается одно из важнейшихпонятий античного мировоззрения — понятие необходимости, которое в последующемявилось предпосылкой идеи закономерности в природе.
В неразрывной связи с мифологией в первобытном обществе возникает также ирелигия, с помощью которой люди пытаются осмыслить свое собственноесуществование.
Как и мифология, религия представляет собой фантастическое отражение вчеловеческом сознании земного, материального мира, в котором господствующие надчеловеком в его повседневной жизни внешние силы принимают форму неземных,сверхъестественных. В религиозном мировоззрении понятие закона получилоискаженное толкование. Закон с религиозной точки зрения — это предписаниебожества, т.е. нечто навязанное миру сверхъестественной силой. Именно на основерелигиозного сознания возникло представление, что бог-де создал все вещи, азатем подчинил их своей воле в форме законов природы, после чего их поведениестало определяться божественным соизволением. Религиозное понятие о законенашло подробное выражение в так называемых священных книгах — Библии, Коране,Ведах и др.
Первые попытки сформировать представление о закономерном характеремировых процессов, свободном от религиозных и мифологических подходов, былипредприняты философами древнего мира. Наряду с общественно-политической практикой,из которой была заимствована идея закона, важный источником понятия законаприроды для мыслителей того времени являлся сам объективный материальный мир,окружающая человека природа. Представление о гармоничности Вселенной, оповторяемости, инвариантности протекающих в ней процессов было почерпнуто имииз непосредственного наблюдения за явлениями действительности. Это нашло своевыражение в ряде умозрительных философских систем, созданных древнимимыслителями, в особенности в системах античных философов — Гераклита,Демокрита, Эпикура, Платона, Аристотеля и многих других. Естественно, однако,что эта попытка была еще весьма несовершенной. Ведь естествознание в то времятолько зарождалось и представляло собой ряд несистематизированных отрывочных сведенийо природе.
Только в Новое Время понятие закона природы начинает все более глубоко разрабатываться философами и учеными. Этостало возможным благодаря тому, что развитие математики, астрономии, механикипродвинулось достаточно далеко, врезультате чего было открыто много немаловажных законов материального мира.
Но надо заметить, что законы природы для мыслителей этого времени: аименно XVII иXVIIIв. Сводились к законам механики, законам механического движения, которыеона рассматривали как всеобщие универсальные законы природы. Понятия научногозакона в то время еще не было. Законы природы рассматривались как вечные,постоянные и неизменные.
Значительный шаг в дальнейшей разработке понятия закона был сделан классиками немецкой философии конца XVIII — начала XIXвв. И.Кантом и Г.Гегелем. В это время естественныенауки из описательных начинают превращаться в науки об отношениях, связях между элементами структуры, о законахфункционирования и развития объектов. В научный обиход проникает идея развитияприроды, а Гегель придает истолкованию понятию закона диалектический характер.
Здесь можно еще долго говорить о понятии закона: рассмотреть типызаконов, принципы создания, методы конструирования; охарактеризовать их(законов) простоту и изящество, сказать о различных моделях законов.Остановлюсь лишь кратко на понятии гипотезы и ее роли в познании законов, ведьее выдвижение, апробация — это один из важнейших методов открытия законов.
Гипотеза — это догадка, предположение. И когда ищут какую-то новую, покаеще неизвестную но, возможно, существующую закономерность, высказываетсяопределенное предположение. Это предположение может оказаться верным или же — полностью или частично — неверным, ложным. Единственным судьей, которыйвыносить этот «вердикт», является опыт, практика.
«Вообще говоря, — пишет Р.Фейнман в книге „Характер физических законов“, — поиск нового закона ведется следующим образом. Прежде всего о нем догадываются.Затем вычисляют следствия этой догадки и выясняют, что повлечет за собой этозакон, если окажется, что он справедлив. Затем результаты расчетов сравниваютсяс тем, что наблюдается в природе, с результатами экспериментов или с нашим опытом и выясняют,так это или не так. Если расчеты расходятся с экспериментальными данными, тогипотеза неправильна. В этом простом утверждении — самое зерно науки...»
Действительно, гипотеза, интуитивное научное предположение, являетсянеизменным спутником ученого в его творческой работе. Она представляет собойспособ открытия нового, метод развития науки.Научные законы и теории открываются и формулируются в результате интеллектуальной деятельности, существеннымкомпонентом которой является выдвижение гипотез. Без гипотезы не может бытьтворчества, а без творчества нет подлинной науки.
Например, именно переработка множества гипотез феномена явления b-распада, окотором будет говорить ниже, и позволила установить существование новой частицы- нейтрино. Как и на каких основаниях совершалось данное открытие — этому ипосвящена следующая глава.
Но для начала обратимся к физическому энциклопедическому словарю. Вот чтотам говорится о законах сохранения.
Законы сохранения — физические,закономерности, согласно которым численные значения некоторыхфизических величинне изменяются со временемв любых процессах или в классе процессов.
<span Times New Roman",«serif»">Идея сохранения, т.е. идея о том, чтосуществуют неизменные сущности, настолько же стара, насколько древни вообще всеисточники науки, и она всегда служила “внутренним основанием” систематизациизнаний о природе. Исключительна роль идеи сохранения в истории культуры, чтопоказано в работе Н.Ф.
<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US"> <span Times New Roman",«serif»">Овчинникова.Автор отмечает, что именно эта фундаментальная мысль — мысль о неизменныхсущностях — характеризует процесс превращения знания в науку. В развитии иконкретизации научной идеи сохранения она принимала разные формы и приводила коткрытию “истинных законов мира”. “Эпоха зарождения науки,— пишет Н.Ф.<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US"> <span Times New Roman",«serif»">Овчинников,— совпадает с эпохойвозникновения идеи сохранения, в какой степени эта идея принимала конкретныеформы, знание, опирающееся на нее, становилось научным знанием… Эта идеяпредставляет собой необходимую предпосылку научного мышления вообще. В развитиии совершенствовании идеи сохранения видится решающее условие развития исовершенствования системы научного знания”.<span Times New Roman",«serif»"> Еще в классической физике идеясохранения превратилась в принцип. Были сформулированы соответствующиеконкретные законы — законы сохранения энергии, массы, импульса, моментаимпульса, электрического заряда. Исключительно важную роль играет открытие Ю.
<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US"> <span Times New Roman",«serif»">Майером закона сохранения энергии.М.<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US"> <span Times New Roman",«serif»">Фарадей назвал этот закон высшимфизическим законом, а Р.<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US"> <span Times New Roman",«serif»">Фейнманутверждал, что “из всех законов сохранения этот закон самый трудный иабстрактный, но и самый полезный”. По мнению Фейнмана, во многих физическихзаконах содержится в зашифрованном виде закон сохранения энергии. Историяфизики показывает, что нет никаких оснований сомневаться в истинности этогозакона, и если что-либо, как кажется, противоречит ему, то “обычно оказывается,что не закон ошибочен, а просто мы недостаточно знаем явление”.<span Times New Roman",«serif»"> Общий закон сохранения,конкретизируемый в виде различных частных физических законов сохранения, лежитв основе единой физической картины мира. В этом смысле “поиски законов физики —это вроде детской игры в кубики, из которых нужно собрать целую картинку. У насогромное множество кубиков, и с каждым днем их становится все больше. Многиеваляются в стороне и как будто бы не подходят к остальным. Откуда мы знаем, чтовсе они из одного набора? Откуда мы знаем, что вместе они должны составитьцельную картинку? Полной уверенности нет, и это нас несколько беспокоит. Но то,что у многих кубиков есть нечто общее, вселяет надежду. На всех нарисованоголубое небо, все сделаны из дерева одного сорта. Все физические законыподчинены одним и тем же законам сохранения”.
<span Times New Roman",«serif»"> С развитием физического знанияувеличивается число конкретных законов сохранения различных физических величин.Так, в физике микромира открыты законы сохранения барионного заряда, лептонногозаряда, четности, странности. В структуре физических теорий появляются новыеформы выражения сохранения — инвариантность. К таким формам относится, вчастности, принцип унитарности в квантовой теории, который, по мнению Н.Ф.
<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US"> <span Times New Roman",«serif»">Овчинникова, представляет собойсовременную формулировку принципа сохранения материи. Особое место занимает такназываемый принцип инвариантности научных законов, имеющий ярко выраженнуюметодологическую окраску. Теория относительности требует соблюденияинвариантности физических законов относительно определенных преобразований.Согласно Е.<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US"> <span Times New Roman",«serif»">Вигнеру,инвариантные принципы играют роль законов законов. Их функция состоит в том,чтобы наделять структурой законы природы или устанавливать между нимивнутреннюю связь, “так же как законы природы устанавливают структуру иливзаимосвязь в мире явлений”.<span Times New Roman",«serif»"> Таким образом, с развитиемфизической науки принцип сохранения обогащает свое содержание. Какметодологический принцип он отражает тенденцию, стремление познания к раскрытиюнеизменных элементов. В каждом конкретном случае данный принцип требует искатьсоответствующую конкретную неизменяющуюся величину — некоторую физическуюконстанту, или инвариантное отношение. Учитывая все это, Н.Ф.
<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US"> <span Times New Roman",«serif»">Овчинников предложил своюклассификацию законов сохранения, которые он называет принципами сохранения. Постепени общности они могут быть разделены на общие и частные. К первому классуотносятся принципы, которые соответствуют известным сегодня классам физическихвзаимодействий: принципы сохранения движения (энергии, импульса, моментаимпульса), электрического заряда, унитарности и т.п. Ко второму классу можноотнести принципы с ограниченным действием, допускающие нарушения в определенныхситуациях: принципы сохранения изоспина, четности, странности и др.<span Times New Roman",«serif»"> В зависимости от объекта иливеличины, которые сохраняются, можно выделять принципы сохранения вещей,свойств и отношений. Согласно Н.Ф.
<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US"><span Times New Roman",«serif»">Овчинникову,одним из величайших открытий в истории физики является открытие сохраненияотношений. И ко