Темная сторона материи. Дирак. Антивещество [Хуан Антонио Кабальеро Карретеро] (fb2) читать постранично, страница - 5

врожденный талант к наукам, особенно к математике. Он также интересовался техническим рисунком и геометрическим изображением трехмерных фигур. Гораздо позже он объяснял, что именно способность представлять проблемы геометрически позволила ему развить некоторые из самых важных его идей. Дирак быстро стал одним из самых блестящих учеников колледжа и достиг гораздо более продвинутого уровня в изучении математики и химии, нежели другие студенты его возраста. Отец и учителя Поля с самого начала поняли, что молодой человек интересуется наукой, обладает огромной работоспособностью и вниманием. Разумеется, это открытие привело к еще большему ужесточению и без того строгого режима, который Шарль Дирак навязал своему сыну в те годы, что лишь усилило его одиночество и замкнутость.

Поль Дирак посвятил себя исключительно науке и совершенно не интересовался другими областями знания, такими как литература или музыка. В то же самое время его школьные успехи, трудности в общении и отсутствие интереса к проблемам и чувствам других со временем сказались на его отношениях с братом, сошедших практически на нет.

В 1918 году Дирак получил аттестат о среднем образовании с самыми высокими оценками, но у него не было никакого представления о том, чем он хочет заниматься в жизни. Несмотря на математические таланты, Поль последовал примеру старшего брата, которого отец заставил получать инженерное образование в университете Бристоля вопреки его интересу к медицине.

КЛАССИЧЕСКАЯ И СОВРЕМЕННАЯ ФИЗИКА

В конце XIX века физика считалась прекрасно структурированной наукой, способной описать мир. Механика Ньютона объясняла движение тел; теория электромагнетизма Максвелла позволяла точно объяснить электрические и магнетические явления; развитие атомной теории и статистической механики, равно как и применение этих теорий в области термодинамики, дали химии, науке XX века, осуществить необычайный прорыв. В связи с этим легко можно понять слова лорда Кельвина: «В физике нечего открывать, можно лишь осуществлять все более точные измерения».

Уильям Томсон (лорд Кельвин), 1906 год.

Новые вызовы

И тем не менее ученые прекрасно осознавали, что оставалось два не проясненных вопроса. Первый был связан с некоторыми противоречиями между механикой и электромагнетизмом; второй вытекал из невозможности объяснения с помощью существовавших теорий «излучения черного тела». Первый вопрос привел к появлению теории относительности Эйнштейна — с новой концепцией пространства и времени и принципом эквивалентности массы и энергии. Второй вызвал появление и развитие квантовой теории с ее странными законами. Изменения были столь существенными, что затронули все области знания. Физика до конца XIX века называется классической, а в XX столетии началась эра «современной физики».

Альберт Эйнштейн во время конференции в Вене, 1921 год.

МЕХАНИКА ПРОТИВ ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМА

Чтобы понять научные труды и открытия Дирака, надо хорошо понимать контекст физики во времена, когда он был студентом: в ней происходила настоящая революция вместе с расцветом новых теорий, радикально менявших преобладавшее до этих пор видение природы.

Галилей и Ньютон сформулировали законы, позволявшие объяснить движение тел. Одним из главных понятий этих теорий была «система отсчета», в рамках которой рассматривалось движение одного или нескольких тел. До XVI века считалось, что Земля как особая система отсчета находится в состоянии абсолютного покоя. Галилей (1564-1642) первым заявил, что никакой особой системы отсчета не существует. Кстати, одним из основных принципов физики был «принцип относительности» Галилея — Ньютона, согласно которому все законы физики (механики) одинаковы для всех инерциальных систем — систем отсчета, движущихся равномерно и прямолинейно относительно друг друга. Преобразования, позволяющие описать положения тел в разных инерциальных системах, называются «преобразованиями Галилея». Время во всех таких системах отсчета являлось абсолютным, то есть одинаковым для всех наблюдателей.

К середине XIX века британский физик Джеймс Клерк Максвелл (1831-1879) разработал свою теорию электромагнетизма. Ее основу составляли четыре уравнения, называемых «уравнениями Максвелла». В них учитывалась скорость света. Следовательно, возникал вопрос: в какой системе отсчета рассматривать скорость света? Согласно принципу относительности Галилея — Ньютона скорость зависит от выбранной системы отсчета. Однако изменение скорости света, в свою очередь, меняет уравнения Максвелла. Другими словами, законы электромагнетизма меняются, когда сталкиваются с преобразованиями Галилея. И это очевидным образом свидетельствует о том, что законы электромагнетизма и механики противоречат друг другу.

К XX веку все физики