Почему теория относительности Эйнштейна лучше теории Ньютона
Способна ли наука постичь истину?
Во многих отношениях наука, которой занимается человек, - высшее стремление к истине. Задавая вопросы о природе и Вселенной, мы стремимся понять, что представляет собой мироздание, какие правила им управляют, и как все стало таким, каким оно есть сегодня.
Наука - это полный набор знаний, которые мы получаем в результате наблюдений, измерений и проведения экспериментов, но это также и процесс, с помощью которого мы проводим эти исследования.
Легко понять, как мы получаем знания в результате этой деятельности, но как ученые приходят к идее научной истине? И когда мы приходим к ней, насколько тесно связаны эти научные истины с нашими представлениями об "абсолютной истине"? На каких основаниях мы, с научной точки зрения, определяем, что что-то является истинным, а что - неистинным?
Когда мы говорим с научной точки зрения, понятие "истина" сильно отличается от повседневности и жизненного опыта. Вот как понять научное использование слова "истина", включая то, что оно означает и не означает для нашей реальности.
Рассмотрим следующее утверждение: "Земля круглая". Если вы не ученый (а также не сторонник плоской Земли), вы можете подумать, что это утверждение не подлежит сомнению.
Вы думаете, что это научная истина. На самом деле утверждение о том, что Земля круглая, является обоснованным научным выводом и научным фактом, по крайней мере, если противопоставить круглую Землю плоской.
Но всегда есть дополнительный нюанс и оговорка. Если измерить диаметр Земли по экватору, то мы получим значение, равное 12 756 км.
Если измерить диаметр от северного полюса до южного, то получится немного другое значение - 12 712 км. Земля - не идеальная сфера, а скорее, почти сферическая форма, выпуклая на экваторе и сжатая на полюсах.
Для ученого это очень хорошо иллюстрирует оговорки, связанные с таким термином, как научная истина.
Конечно, более верно, что Земля - шар, чем то, что Земля - диск или круг. Но то, что Земля - шар, не является абсолютной истиной, потому что правильнее называть ее не шаром, а продолговатым сфероидом. Впрочем, и «продолговатый сфероид» не является абсолютной истиной.
На Земле существуют особенности поверхности, которые демонстрируют значительные отклонения от гладкой формы, подобной шару или продолговатому сфероиду. Это горные хребты, реки, долины, плоскогорья, глубокие океаны, впадины, хребты, вулканы и многое другое.
Есть места, где суша поднимается почти на 9 км от уровня моря, а есть места, где вы не коснетесь поверхности Земли, пока не окажетесь на глубине 11 км под поверхностью океана.
Такой пример подчеркивает несколько важных особенностей научного мышления, которые отличаются от нашего обыденного восприятия действительности.
В науке нет абсолютных истин; есть только приблизительные истины.
Является ли утверждение, теория или схема истинной или нет, зависит от количественных факторов и от того, насколько тщательно изучатся или измеряются результаты.
Каждая научная теория имеет конечный диапазон достоверности: внутри этого диапазона теория неотличима от истины, а за его пределами она уже не является истинной.
Научный способ мышления принципиально отличим от того, как мы думаем о фактах и вымыслах, истине и лжи, или даже о правильном и неправильном.
Например, если вы бросите на Землю мяч, вы можете задать количественный, научный вопрос о том, как он себя поведет. Как и все на поверхности Земли, он будет ускоряться вниз со скоростью 9,8 м/с². И это отличный ответ, потому что он приблизительно верен.
Однако в науке необходимо смотреть глубже и видеть, где приближение уже не верно.
Если проводится эксперимент на уровне моря, на разных широтах, то обнаружится, что нам доступен диапазон от 9,79 м/с² на экваторе до 9,83 м/с² на полюсах.
Если вы подниметесь на большую высоту, то обнаружите, что ускорение начинает медленно уменьшаться. А если преодолеете гравитацию Земли, то обнаружите, что это правило вовсе не универсально, а заменено более общим законом всемирного тяготения.
Что же до научных законов, то этот закон является еще более общим. Закон всемирного тяготения Ньютона в целом объясняет ускорение Земли, но он проявляется дальше нашей планеты.
Он описывает орбитальное движение спутников планет, самих планет, астероидов и комет Солнечной системы, а также по-разному "взвешивает" на каждой из планет.
Но даже закон Ньютона имеет свои пределы. Когда вы приближаетесь к скорости света, или очень близко подбираетесь к чрезвычайно большой массе, или хотите узнать, что происходит в космических масштабах (как в случае с расширяющейся Вселенной), Ньютонова динамика не поможет. Для этого необходимо отменить Ньютона и перейти к общей теории относительности Эйнштейна.
Для траекторий частиц, движущихся со скоростью, близкой к скорости света, или для получения очень точных предсказаний орбиты Меркурия, или для объяснения гравитационного искривления звездного света, большого скопления массы (как в случае гравитационного линзирования), теория Эйнштейна оказывается верной там, где теория Ньютона терпит неудачу.
Фактически, каждое наблюдение или экспериментальное испытание, которому мы подвергали общую теорию относительности, начиная с гравитационных волн и заканчивая дрейфом рамок самого пространства, она проходила с блеском.
Значит ли это, что теорию Эйнштейна можно воспринимать как научную истину?
Когда она применяется к конкретным сценариям, - безусловно. Но есть и другие сценарии, они еще недостаточно проверены, и мы ожидаем, что ОТО не даст количественно точных предсказаний.
На данный момент скопилось много вопросов, которые касаются восприятия реальности и которые требуют иного понимания мира гравитации или где кривизна пространства-времени чрезвычайно сильна: когда важна теория относительности Эйнштейна.
Но кеслиогда масштабы расстояний очень малы, возникают квантовые эффекты, и общая теория относительности перестает работать.
Наиболее проблематичные вопросы:
- Что происходит с гравитационным полем электрона, когда он проходит через двойную щель?
- Что происходит с информацией частиц, образующих черную дыру, если конечным состоянием ЧД является распад в тепловое излучение?
- И каково поведение гравитационного поля/силы в сингулярности и вокруг ЧД?
Теория Эйнштейна не просто ошибается в этих вопросах, она не предлагает разумных ответов.
Мы знаем, что в этих режимах нам нужна более совершенная теория, такая, как действительная квантовая теория гравитации, позволяющая формулировать прогнозы.
Да, массы около поверхности Земли ускоряются вниз со скоростью 9,8 м/с², но если мы зададим правильные вопросы или проведем правильные наблюдения и эксперименты, то обнаружим, где и как такое описание реальности не является хорошим приближением к истине.
Законы Ньютона объясняют такие и пободные явления, но мы можем найти феномены, демонстрирующие нам, где теории Ньютона уже недостаточно.
Даже замена законов Ньютона на общую теорию относительности Эйнштейна приводит к той же истории: теория Эйнштейна успешно объясняет все то, что предлагает теория Ньютона, плюс дополнительные явления.
Некоторые из этих явлений уже были известны, когда Эйнштейн создавал свою концепцию; другие в том числе экспериментальные данные еще не были проверены.
Но мы можем быть уверены, что даже величайшее достижение Эйнштейна когда-нибудь будет превзойдено. И когда это произойдет, это случится точно таким же образом.
Наука - это не поиск абсолютной истины о Вселенной. Как бы нам ни хотелось узнать, какова фундаментальная природа реальности, от мельчайших субатомных масштабов до крупнейших космических структур, она не в состоянии ее предоставить.
Все наши научные истины условны, и мы должны признать, что они являются лишь моделями или приближениями к реальности.
Даже самые успешные научные теории имеют ограниченный диапазон достоверности.
Но мы можем теоретизировать как угодно, и если новая теория отвечает следующим трем критериям:
- она достигает всех успехов преобладающей, ранее существовавшей теории;
- она преуспевает там, где, нынешняя теория терпит неудачу;
- и с ее помощью можно измерить неизмеряемые до этого момента явления, отличные от предшествующей теории;
- критически проходят наблюдательные или экспериментальные тесты;
- новый концепт вытесняет существующую теорию в качестве наилучшего приближения к научной истине.
Все наши нынешние научные истины, начиная со Стандартной модели элементарных частиц, Большого взрыва, темной материи и темной энергии, космической инфляции и далее, являются лишь предварительными.
Они описывают Вселенную чрезвычайно точно, преуспевая в тех режимах, где все предыдущие модели терпели неудачу.
Тем не менее, все они имеют ограничения, когда перестают казаться разумными, не работают предсказания или они не верифицируют реальность. Это не абсолютные истины, а приблизительные, временные.
Ни один эксперимент не может доказать истинность научной теории; мы можем лишь продемонстрировать, что ее истинность либо распространяется, либо не распространяется на тот режим, в котором мы ее проверяем.
Неудача теории на самом деле является высшим научным успехом: это возможность найти еще лучшую научную истину, приближенную к реальности.
Всякий раз, когда мы обнаруживаем, что современное понимание недостаточно для объяснения всего, что есть на свете, да, оно оказывается неверным: неверным в самом лучшем смысле, который только можно себе представить.
ß
На что способен суперкомфортный мотоцикл от «Урала»
Данная модификация «Урала», вдохновлённая поездами Транссибирской магистрали, представлена всего в 20 экземплярах. Мотоцикл с коляской под названием Ural Transsib окрашен в тот же зелёный цвет, что и вагоны поезда, и даже получил такую же жёлтую полосу на поясе. Кожаная отделка сидений, коляски и дополнительных аксессуаров выкрашена в тёмно-коричневый цвет – точь-в-точь как полки в плацкарте и купе Транссибирского экспресса.
Мотоцикл сконструирован на базе модели cT, но для большего комфорта его оборудовали телескопической вилкой Marzocchi и 18-дюймовыми колёсами с шинами Heidenau K28. Мотор остался прежний, объёмом 745 «кубиков» и мощностью 41 лошадиную силу, коробка передач – механическая с ножным управлением. Но особый акцент в «Транссибирской» версии сделан на пассажира – того, кто, по замыслу производителя, будет расслабленно дремать в коляске.
Для этого предлагается целый ряд аксессуаров, которые спасут пассажира от непогоды: подголовник, ветрозащитный щиток, непромокаемый чехол от дождя и даже уютный меховой спальный мешок, изготовленный итальянской компанией. А водителю полагаются кожаные перчатки с электроподогревом. Ну а если мороз окажется слишком крепким, Ural Transsib оснащается стилизованным под канистру кофром, в котором прячется бутылка водки и четыре рюмки.
3 уже — 1 потом: главные мотоновинки России в 2020 году
Если вы байкер, то для вас 2021 год — это в первую очередь новый мотоциклетный сезон. И в него вполне можно войти в седле нового байка.
Несмотря на то, что Россия не самая мотоциклетная страна, на улицах городов, на просёлках вдали от цивилизации и на гоночных трассах немало фанатов двухколёсной техники. И для них в 2020 году было немало премьер, о самых ярких из которых мы и расскажем.
BMW M 1000 RR
Супербайк BMW S 1000 RR — одна из самых ярких моделей за всю историю мирового мотопрома, а дебютировавшая в 2020 году версия BMW M 1000 RR стала первым в истории бренда M-мотоциклом. Если раньше литера M была символом «заряженных» автомобилей BMW, то теперь фирменным триколором немцы украсили и 212-сильный супербайк. Мотоцикл, собравший в себе самые передовые технологии, станет грозным трековым орудием для всех поклонников пилотажа на гоночной трассе.
Ducati Multistrada V4 S
Если вам по душе вылазки на природу, то стоит присмотреться к новому Ducati Multistrada V4 S. В итальянском эндуро сочетается фактически сразу несколько мотоциклов — на 170-сильном байке комфортно в городе, на асфальте загородных трасс и на пересечённой местности. Инженеры итальянской марки на славу поработали, чтобы сделать максимально универсальный мотоцикл, который с помощью обширного каталога фирменных опций и аксессуаров можно адаптировать под свои цели и потребности.
Triumph Trident 660
Тем, кто выбирает мотоцикл в качестве чисто городского транспортного средства, подойдёт новый Triumph Trident 660. Универсальный 80-сильный родстер с характерным для марки 3-цилиндровым мотором идеально подойдёт для жителя мегаполиса в качестве универсального средства с городскими пробками. Ну а кроме того британский байк предлагает традиционно обширную программу персонализации, которая превратит мотоцикл ещё и в средство самовыражения.
Бонус-байк: Harley-Davidson Pan America 1250
Легендарный американский бренд ассоциируется с бескрайними просторами, уходящими за горизонта лентами асфальтовых дорог и бородатыми брутальными байкерами, но никак не с покорением бездорожья. Но после выпуска электробайка LiveWire в Harley-Davidson не остановились и готовят очередную нехарактерную для бренда новинку — туристический эндуро Pan America 1250. Мотоцикл официально покажут в начале 2021 года и тогда же выведут на рынок, так что вскоре культовый бренд можно будет увидеть и на асфальте, и за его пределами.
Монолет Максимова: самое скоростное моноколесо в мире
Скорость у этого аппарата действительно очень приличная. Уже сейчас колесо выдает под 90 км/ч на шоссе (представьте себя несущимся с такой скоростью в положении стоя!), а максимальные цифры пока неизвестны даже самому создателю: в конструкцию постоянно вносятся изменения, и испытания далеки от завершения. Если коммерчески доступное моноколесо – это, условно говоря, аналог велосипеда, то изделие Максимова – спортивный мотоцикл в мире моноколес. Фактически оно занимает совершенно новую, пока еще не существующую нишу электротранспорта.
«Моноколеса очень изящные с функциональной точки зрения устройства. В них нет ничего лишнего: обод, двигатель, педали, пачка батарей, управляющая схема – и все. Даже мотоциклы на их фоне выглядят слишком громоздкими. Никакого лишнего железа – вся инженерия ушла в софт», – рассказывает Максим. Соглашаешься с ним не сразу: киберпанковская внешность аппарата, все эти тумблеры и переключатели мешают проникнуться эстетикой минимализма. Однако по сути он прав: моноколеса действительно могут быть рекордсменами энергоэффективности.
Но родился этот проект не из заботы об окружающей среде, а из жажды скорости. Максимов хотел сделать по-настоящему быстрое моноколесо, которое стало бы полноценным городским транспортом. За основу был взят опыт работы над колесом более традиционного формата. При весе 25 кг, сравнимом с тихоходными коммерческими аналогами, «мини-колесо» Максимова почти вдвое превосходит их по дальности хода и в полтора раза – по скорости. Несмотря на сходство конструкции, переход в новую скоростную категорию потребовал других инженерных решений.
Сразу стало понятно, что по-настоящему скоростное моноколесо потребует полноценной амортизирующей подвески, которая могла бы «проглатывать» неровности дороги. Ее создание стало самой непростой частью работы, ведь подсмотреть конструкцию было не у кого: подобных аппаратов в мире просто нет. И хотя основой подвески стала амортизирующая вилка мотоцикла, самое сложное – крепление к двигателю – было придумано с нуля. Оно, по словам создателя, еще ожидает своего патента.
Сейчас Максимов входит в команду компании Hoversurf, которая разрабатывает первый российский ховербайк (читатели «TechInsider» наверняка его помнят). Однако ховербайк – длительный командный проект, требующий огромных ресурсов и времени. А вот моноколеса – это личная любовь инженера Максимова.
Рижский инженер, энтузиаст электротранспорта. Начинал с простеньких роботов, работал с металлом, создавал станки ЧПУ собственной конструкции. Один из разработчиков российского летающего мотоцикла.
Свежие комментарии