Може здатися незрозумілим, чому життя багатьох теорій відносно коротке? Положення, яких дотримувалися протягом певного часу, раптом відкидають. Арістотель, наприклад, писав, що тіло, яке рухається, зупиняється, якщо сила, що його штовхала, перестає діяти,— таким був «закон інерції» до Галілея. До Галілея вважали також, що чим більша сила, яка діє на тіло, тим більша його швидкість.
Галілей вважав інерційним рівномірний рух як по прямій, так і по колу. Але найважливіше, що він установив новий закон руху тіл: чим більша сила, яка діє на тіло, тим більше прискорення тіла. Минуло ще майже століття, перш ніж Ньютон сформулював основні положення вчення про рух з достатньою строгістю. При цьому він цілком знехтував поняття відносності руху. На закладеній Ньютоном базі побудована вся класична механіка. Минуло ще два століття, і принцип відносності Галілея було розширено: на цій основі виникла теорія відносності. Виникла теорія, яка описує природу краще, ніж класична фізика.
Чи означає це, що всі попередні були непотрібними? Чи означає це, що створення теорій узагалі марне, бо рано чи пізно їх усе одно доводиться замінювати іншими теоріями? Чи не розумніше було б задовольнятися у фізиці лише результатами дослідів вимірювань? Ці результати ніколи не зміняться, змінитися може лише точність результатів.
Ясно, що безпосередній контакт з природою — єдине, що може дати дослідникові природи факти, гідні повної довіри. Але факти — ще не наука. Наука повинна вміти систематизувати факти, робити правильні висновки узагальнення й указувати шляхи пошуку нових фактів.
Природа нескінченно різноманітна, невичерпна. Ми можемо зібрати величезну кількість фактів про природу, але чи всі вони потрібні? Можливості для проведення дослідів обмежені, тому необхідно вивчати тільки суттєве. Що ж суттєве, а що ні, може сказати лише теорія. А. Пуанкаре порівнює фізику з бібліотекою, «яка повинна невпинно поповнюватися, а бібліотекареві на придбання відпущено обмежені кошти, він не може витрачати їх нерозумно.
Завданням експериментальної фізики є придбання, тільки вона одна може збагатити бібліотеку.
Що ж до математичної фізики, то її завданням є складання каталогу. Навіть якщо цей каталог складений вдало, бібліотека від цього ще не стає багатшою. Зате він може допомогти читачеві у використанні книжкового багатства.
Вказуючи бібліотекареві на прогалини в його зібранні, каталог дає змогу доцільніше використовувати кошти. Це дуже важливо, адже кошти обмежені.
Подібну роль, очевидно, має й математична фізика; вона повинна керувати узагальненням так, щоб це ... збільшувало коефіцієнт корисної дії науки».
У наведеній цитаті сформульовано одне з основних завдань теорії: систематизувати вже наявні факти й указувати шлях відшукання нових. При цьому теорія зазвичай передбачає й те, яким має бути результат того чи іншого досліду. Іноді передбачення виявляється слушним, але трапляється, як, наприклад, з дослідом Майкельсона — Морлі, і так, що дослід дає несподівані результати. Такий факт — перша звістка про наближення кризи старої теорії, і рано чи пізно виникає нова теорія, яка, як правило, ширша за попередню й охоплює більше фактів. Саме це й важливо. Звідси випливає, що теорії відображають природу, а не є довільними конструкціями розуму. Заміна старих теорій новими дає змогу нам послідовно наближатися до істини.
У процесі зміни теорій виступає ще одне цікаве явище: нові теорії спочатку намагаються вбратися в поняття й образи старих теорій. Як, наприклад, перші електромотори робили схожими на парові машини, так і в новій теорії використовують елементи старої, об'єднуючи їх у такому вигляді, який диктується потребами нової теорії. Дороговказом правлять при цьому математичні міркування. Щоб проілюструвати це, розглянемо такі приклади.
Був час, коли атом уявляли подібним до сонячної системи. Але при цьому в дослідників виникла низка непорозумінь: атом був «сонячною системою» з несподівано дивними властивостями. Попри це, теорія атома, що копіює сонячну систему, дуже добре пояснювала структуру й утворення спектра атома водню. Згодом учені розширили поняття для опису атома й розробили повнішу теорію, проте, в цій сучасній теорії структура спектра водню виходить точно така сама, як і в попередній теорії.
Був час, коли електричні явища вважали механічними рухами особливого середовища — ефіру. Одержані в цій теорії формули ми й досі вважаємо слушними, хоча від наївного уявлення про ефір ми вже давно відмовилися.
Аналогічно стоїть справа і з теорією відносності. Багато результатів цієї теорії на перший погляд здаються незрозумілими й дивними, але це лише тому, що в них часто намагаються розібратися за допомогою старих, пов'язаних із механікою Ньютона понять. Залишаючи осторонь звичні уявлення й образи та замінюючи їх новими науковими поняттями, ми отримуємо витончену й ясну теорію. Якщо людина досягає такого сприйняття теорії відносності, тоді вона може сказати, що навчилася думати «релятивістськи». Це важливіше досягнення, ніж знання окремих фактів, пов'язаних з теорією відносності. Людина, яка мислить релятивістськи, не знаходить у теорії відносності нічого дивного й надзвичайного, а бачить сувору й зрозумілу систему. Саме елементи релятивістського мислення й намагався дати автор у цій книзі. Наскільки йому це вдалося, нехай судить читач.
Галілей вважав інерційним рівномірний рух як по прямій, так і по колу. Але найважливіше, що він установив новий закон руху тіл: чим більша сила, яка діє на тіло, тим більше прискорення тіла. Минуло ще майже століття, перш ніж Ньютон сформулював основні положення вчення про рух з достатньою строгістю. При цьому він цілком знехтував поняття відносності руху. На закладеній Ньютоном базі побудована вся класична механіка. Минуло ще два століття, і принцип відносності Галілея було розширено: на цій основі виникла теорія відносності. Виникла теорія, яка описує природу краще, ніж класична фізика.
Чи означає це, що всі попередні були непотрібними? Чи означає це, що створення теорій узагалі марне, бо рано чи пізно їх усе одно доводиться замінювати іншими теоріями? Чи не розумніше було б задовольнятися у фізиці лише результатами дослідів вимірювань? Ці результати ніколи не зміняться, змінитися може лише точність результатів.
Ясно, що безпосередній контакт з природою — єдине, що може дати дослідникові природи факти, гідні повної довіри. Але факти — ще не наука. Наука повинна вміти систематизувати факти, робити правильні висновки узагальнення й указувати шляхи пошуку нових фактів.
Природа нескінченно різноманітна, невичерпна. Ми можемо зібрати величезну кількість фактів про природу, але чи всі вони потрібні? Можливості для проведення дослідів обмежені, тому необхідно вивчати тільки суттєве. Що ж суттєве, а що ні, може сказати лише теорія. А. Пуанкаре порівнює фізику з бібліотекою, «яка повинна невпинно поповнюватися, а бібліотекареві на придбання відпущено обмежені кошти, він не може витрачати їх нерозумно.
Завданням експериментальної фізики є придбання, тільки вона одна може збагатити бібліотеку.
Що ж до математичної фізики, то її завданням є складання каталогу. Навіть якщо цей каталог складений вдало, бібліотека від цього ще не стає багатшою. Зате він може допомогти читачеві у використанні книжкового багатства.
Вказуючи бібліотекареві на прогалини в його зібранні, каталог дає змогу доцільніше використовувати кошти. Це дуже важливо, адже кошти обмежені.
Подібну роль, очевидно, має й математична фізика; вона повинна керувати узагальненням так, щоб це ... збільшувало коефіцієнт корисної дії науки».
У наведеній цитаті сформульовано одне з основних завдань теорії: систематизувати вже наявні факти й указувати шлях відшукання нових. При цьому теорія зазвичай передбачає й те, яким має бути результат того чи іншого досліду. Іноді передбачення виявляється слушним, але трапляється, як, наприклад, з дослідом Майкельсона — Морлі, і так, що дослід дає несподівані результати. Такий факт — перша звістка про наближення кризи старої теорії, і рано чи пізно виникає нова теорія, яка, як правило, ширша за попередню й охоплює більше фактів. Саме це й важливо. Звідси випливає, що теорії відображають природу, а не є довільними конструкціями розуму. Заміна старих теорій новими дає змогу нам послідовно наближатися до істини.
У процесі зміни теорій виступає ще одне цікаве явище: нові теорії спочатку намагаються вбратися в поняття й образи старих теорій. Як, наприклад, перші електромотори робили схожими на парові машини, так і в новій теорії використовують елементи старої, об'єднуючи їх у такому вигляді, який диктується потребами нової теорії. Дороговказом правлять при цьому математичні міркування. Щоб проілюструвати це, розглянемо такі приклади.
Був час, коли атом уявляли подібним до сонячної системи. Але при цьому в дослідників виникла низка непорозумінь: атом був «сонячною системою» з несподівано дивними властивостями. Попри це, теорія атома, що копіює сонячну систему, дуже добре пояснювала структуру й утворення спектра атома водню. Згодом учені розширили поняття для опису атома й розробили повнішу теорію, проте, в цій сучасній теорії структура спектра водню виходить точно така сама, як і в попередній теорії.
Був час, коли електричні явища вважали механічними рухами особливого середовища — ефіру. Одержані в цій теорії формули ми й досі вважаємо слушними, хоча від наївного уявлення про ефір ми вже давно відмовилися.
Аналогічно стоїть справа і з теорією відносності. Багато результатів цієї теорії на перший погляд здаються незрозумілими й дивними, але це лише тому, що в них часто намагаються розібратися за допомогою старих, пов'язаних із механікою Ньютона понять. Залишаючи осторонь звичні уявлення й образи та замінюючи їх новими науковими поняттями, ми отримуємо витончену й ясну теорію. Якщо людина досягає такого сприйняття теорії відносності, тоді вона може сказати, що навчилася думати «релятивістськи». Це важливіше досягнення, ніж знання окремих фактів, пов'язаних з теорією відносності. Людина, яка мислить релятивістськи, не знаходить у теорії відносності нічого дивного й надзвичайного, а бачить сувору й зрозумілу систему. Саме елементи релятивістського мислення й намагався дати автор у цій книзі. Наскільки йому це вдалося, нехай судить читач.