「極限の時代」

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「極限の時代」
「極限の時代」
Anonim

20世紀は、おそらく世界史上最も急速に成長した世紀でした。科学技術の進歩における前例のない飛躍、多くの病気に対する勝利、宇宙への最初の有人飛行。人種差別主義の理論の台頭、2つの世界大戦、原子爆弾。 「TheAgeofExtremes」という本の中で。短い20世紀(1914-1991) "(コーパス出版社)、オルガ・リファノワとアレクサンドラ・ニコルスカヤによってロシア語に翻訳された、英国のマルクス主義歴史家エリック・ホブズボームは、20世紀が文明をどのように変えたか、そして人類がそこから学んだ教訓を詳細に調べます。 N + 1は、20世紀の科学における理論家の支配的な役割と、感覚的経験と常識のデータからの理論的構成の分離に捧げられた断片を読むように読者を招待します。

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II

「帝国の世紀」の真ん中頃、理論的な科学的発見と感覚的経験に基づく現実との間に境界があります。同様に、科学と常識に基づくその特別な種類の論理(独特の考え方)との間の接続は中断されます。これらの2つの連続性の中断は、相互に決定しました。自然科学の進歩は、実験室の実験者ではなく、紙に方程式(つまり、数学的命題)を書いた理論家によって主導されました。 20世紀に、理論的構造に照らして何を探し、何を見つけるべきかを実践者に指摘したのは理論家でした。したがって、20世紀は当然数学の時代と呼ぶことができます。この規則の唯一の例外は分子生物学であり、専門家によると、まだ理論はほとんどありません。しかし、観察と経験はまだ背景に後退しませんでした。それどころか、20世紀に新しい機器や科学的手法が登場したことで、テクノロジーは17世紀以来最も革命的な変化を遂げました。多くの発明家は、最高の科学的認識の証拠であるノーベル賞を受賞しています**。

**第一次世界大戦後、物理学と化学の20以上のノーベル賞が、新しい研究方法、装置、技術に対して全体的または部分的に授与されました。

一例を挙げましょう。電子顕微鏡(1937年)と電波望遠鏡(1957年)は、単純な光学倍率の限界を克服することを可能にしました。その結果、分子、原子、遠方の銀河のより深い研究が可能になりました。実験室ルーチンの自動化と、特にコンピューターの助けを借りた、ますます複雑になる実験室計算の出現により、モデルを作成する実験者と理論家の能力が大幅に向上しました。その結果、知識の一部の分野、特に天文学では、発見が現れ、時には偶然でさえあり、それが革新的な理論を生み出しました。現代の宇宙論はすべて、そのような2つの発見の結果に基づいています。銀河のスペクトル分析に基づくハッブルの宇宙膨張の観測(1929年)。そして1965年にペンジアスとウィルソンによるマイクロ波背景放射(無線ノイズ)の発見。そして、科学的発見は理論家と実践者の協調した仕事の結果ですが、「短い20世紀」では、主な役割は理論家に属していました。

科学者自身にとって、感覚的経験と常識のデータから理論的構造を完全に分離することは、まず第一に、科学的知識とその方法論の通常の明確さを破ることを意味しました。このギャップの意味は、物理学の例、つまり20世紀前半の誰もが認める科学の女王に最もよくたどることができます。物理学の研究対象は、物質の最小粒子(有機および無機)と、宇宙などの最大の物体の構造と構造の両方です。したがって、物理学は、1950年代以降、分子生物学の革命のおかげで根本的な変化を遂げた生命科学の競争が激化したにもかかわらず、20世紀の終わりでも自然科学の柱であり続けました。

古典物理学ほど揺るぎない、一貫性があり、方法論的に完全な科学はありませんでした。しかし、その基盤は、プランクとアインシュタインの理論、および19世紀の90年代に放射能が発見された後の原子理論の根本的な再考によっても損なわれました。古典物理学は客観的でした。つまり、それによって記述された現象は観察可能であり、その限界は機器(たとえば、光学顕微鏡や望遠鏡)の技術的能力でした。古典物理学は曖昧ではありませんでした。オブジェクトまたは現象はどちらか一方であり、2つのカテゴリの間に線を引くのは非常に簡単でした。その法則は普遍的でした:それらは宇宙レベルと分子レベルで等しく働きました。現象をつなぐメカニズムは理解できた(言い換えれば、「原因」と「結果」のカテゴリーで表現できた)。

その結果、物理学によって作成された世界の絵は決定論的であり、実験室実験のタスクは、この調和のとれた絵を隠した日常の現象の複雑な混乱を可能な限り排除して、この決定論を確認することでした。鳥や蝶の飛行が重力の法則に従わないと宣言できるのは、無知な人か子供だけです。科学者はそのような声明の「非科学的」な性質をよく知っていました、そして科学者としてそれは彼らに関係しませんでした。

しかし、1885- 1914年に、古典物理学のこれらすべての特徴が疑問視されました。アインシュタインがプランクの後に信じていたように、光は波の連続運動または離散粒子(光子)の放出ですか?光を波と見なす方が便利な場合もあれば、粒子と見なす方が便利な場合もありますが、波と粒子の関係はどのようなものでしょうか。では、本当に光とは何でしょうか。このなぞなぞが登場してから20年後に、偉大なアインシュタインが書いたものは次のとおりです。しかし、この関係を確立しようとする理論物理学者の20年間の巨大な研究にもかかわらず、これらの理論間に論理的な関係がないことを認めなければなりません」(Holton、1970、p.1017)。原子の内部で何が起こっているのでしょうか。これは現在、素粒子ではなく、(ギリシャ語の名前が示すように)不可分な物質の粒子ではなく、さらに多くの素粒子からなる複雑なシステムと見なされています。

最初の仮定は、ラザフォードが1911年にマンチェスターで原子核の構造を説明した後に生じました。これは、現代の原子核物理学といわゆる「基礎科学」の基礎を築いた実験的想像力の勝利でした。この仮定は、電子が太陽の周りの惑星のように、コアの周りの軌道を循環しているというものでした。しかし、個々の原子の構造(特にマックスプランクの「量子」を知っていたニールスボーアによる水素の構造)の研究は、電子の振る舞いと-ニールスボーア自身を引用すると-の間の最も深い矛盾を再び示しました。当然のことながら電気力学の古典理論と呼ばれる、楽しく調和のとれた一連の概念」(Holton、1970、p.1028)。ボーアによって提案されたモデルは「機能した」、つまり、優れた説明機能と予測機能を備えていました。しかし、古典力学の観点からは、それは「絶対に不合理でばかげている」ものであり、電子が「ジャンプ」するとき、または他の方法である軌道から別の軌道に移動するときに原子内で正確に何が起こるかをまったく説明しませんでした。そして、ある場所に電子が現れてから突然別の場所に現れるまでの間に何が起こるのでしょうか?

そして、素粒子レベルで物理現象を観測するプロセスそのものがこれらの現象を変化させることが判明した場合、科学的観測の精度にどのように関係する必要がありますか?結局のところ、素粒子レベルで粒子の位置を正確に知りたいほど、その速度は不確実になります。これは、電子の正確な位置を詳細に観察する方法の可能性についての非常に典型的な声明です。「電子の特性は、それを破壊することによってのみ測定できます」(Weisskopf、1980、p.37)。このパラドックスは、1927年に、才気あふれる若いドイツの物理学者ヴェルナーハイゼンベルクによって有名な「不確定性原理」に一般化され、それ以来、彼にちなんで名付けられました。原則の名の下に「不確実性」という言葉が現れたという事実は、非常に示唆に富んでいます。その名前は、通常の科学的確実性を放棄した新しい科学的パラダイムの研究者を心配する問題の範囲を定義しました。そして、科学者自身が彼らの構造を疑ったり、物議を醸す結論に達したということはまったく重要ではありません。それどころか、彼らの理論的計算は、一見ありそうもないことと奇妙なことのすべてで、観察と経験の結果によって確認されました。特に、アインシュタインの一般相対性理論は、1919年に確認されたようです。

日食を研究している英国の遠征隊は、多くの遠方の星からの光が一般相対性理論に従って太陽の方向に偏向されていることを発見しました。実際には、素粒子の物理学は古典物理学と同じように予測可能で自然でしたが、まったく異なる方法でした。いずれにせよ、マクロ原子レベルでは、ニュートンとガリレオの法則は変わりませんでした。しかし、科学者たちは、新旧の理論を調和させる方法を理解していないのではないかと心配していました。

1924年から1927年の間に、20世紀の第1四半期に物理学者を悩ませていたこの二元論は、数理物理学の見事な構造によって克服されたか、むしろ回避されました。私たちは、いくつかの国でほぼ同時に作成された量子力学について話しています。原子の中にあるのは波や粒子ではなく、波か粒子、あるいはその両方である不可分の「量子状態」です。電子の経路全体を段階的に追跡することはできないため、量子状態を連続または不連続の運動と見なすことは意味がありません。空間内の位置、速度、慣性などの古典物理学の概念は、ハイゼンベルグの不確定性原理以外では適用できません。もちろん、他の理論も登場しており、かなり予測可能な結果につながっています。これらの理論は、(正に帯電した)原子核の近くの原子の閉じ込められた空間での(負に帯電した)電子の「波」または振動によって引き起こされる特別な状態を説明しました。限られた空間での連続した「量子状態」は、異なる周波数の識別可能な組み合わせを生成しました。これは、シュレディンガーが1926年に示したように、対応するエネルギー(「波動力学」)と同様に正確に計算できました。

この電子の振る舞いのモデルは、驚くべき予測力を持ち、多くのことを説明しました。特に、何年も後、ロスアラモスで原子爆弾を作ろうとしたときの原子反応中にプルトニウムが最初に得られたとき。プルトニウムの量は非常に少なかったので、その特性は観察できませんでした。しかし、この元素の原子内の電子の数と、原子核の周りで振動する94個の電子の配置に基づいて、そしてこのデータからのみ、科学者はプルトニウムが密度のある茶色の金属であると(正しく)予測しました1立方センチメートルあたり約20グラムで、特定の電気的および熱的伝導性と弾性を持っています。量子力学は、原子(およびそれらに基づく分子と高レベルの形成)が安定したままである理由、またはむしろ、それらの状態を変更するために追加のエネルギーが必要な理由を説明しました。よく言われることは

生物の現象、特にDNAの構造と、室温での熱効果に対するヌクレオチドの耐性でさえ、基本的な量子効果に基づいています。たとえば、異なるヌクレオチドの構成が安定しているという理由だけで、同じ花が毎年春に咲きます(Weisskopf、1980:35–38)。

しかし、自然の法則を理解する上でのこの大きくて驚くほど実り多い突破口は、以前は科学で明確かつ適切であると考えられていたすべてのものを否定し、一見不条理な概念への不信を強制的に拒否したために可能になりました。これらすべてが、より古い世代の科学者の間で不安を引き起こしました。少なくとも1928年にケンブリッジの科学者ポールディラックによって提案された「反物質」の概念は何ですか。ディラックは、真空エネルギーよりもエネルギーが小さい電子状態の存在を仮定した場合にのみ、彼の方程式が解を持っていることを発見しました。そして、多くの物理学者は、常識の観点からは完全に無意味な「反物質」を熱心に受け入れました(Weinberg、1977、pp.23-24)。 「反物質」の概念そのものが、理論的構築の進展が現実について確立された考えを考慮しなければならないというインスタレーションの意識的な拒絶を意味しました。今や数学方程式に適応しなければならないのは現実でした。しかし、どんな良い物理理論もウェイトレスに説明できるという偉大なラザフォードの信念を長い間放棄してきた科学者にとってさえ、これをすべて受け入れるのは難しいことが判明しました。

マックス・プランクやアルバート・アインシュタインなどの新しい科学の偉大な先駆者でさえ、確実性の時代の終わりを受け入れることができませんでした。特に、アルバート・アインシュタインは、彼の有名なフレーズ「神はダイスを演じない」の中で、決定論的因果関係ではなく、純粋に確率論的な法則の真実について疑問を表明した。この主張の根拠は、「量子力学は究極の真実ではないことを私に告げる内なる声」(Jammer 1996、p。358で引用)以外にはありませんでした。量子力学の一部の作成者は、ある領域を別の領域に従属させることによって矛盾を排除することを夢見ていました。シュレーディンガーは、彼の「波動力学」が、ある原子軌道から別の原子軌道への電子の「ジャンプ」をエネルギー変化の連続プロセスに変え、古典を維持することを望んでいました。空間、時間、因果関係の概念..。新しい科学の懐疑的な先駆者、特にプランクとアインシュタインは、安堵のため息をつき、無駄になりました。すでに新しい時代が到来しています。古いルールは無効になりました。

しかし、物理学者は絶え間ない矛盾に適応することができるでしょうか?ニールス・ボーアは、彼らができること、そして単にしなければならないと信じていました。人間の言語の性質を考えると、単一のシステムで自然の完全性を表現する方法はありません。世界のすべてを網羅する単一のモデルはあり得ません。私たちがしなければならないのは、さまざまな方法で現実を理解し、それらを相互に補完するように接続して、「明らかに矛盾する概念を含む、さまざまな説明の網羅的なコレクションを形成する」ことです(Holton、1970、p.1018)。

これは、本質的に「相対性理論」の概念に近い形而上学的概念であった、ボーアによって導入された「相補性の原理」の意味です。ボーアはそれを物理学から非常に遠い情報源から借りて、それを普遍的な応用分野を持っていると見なしました。ボーアの「相補性」は、核物理学の研究を促進することではなく、物理学者の混乱を和らげることを目的としていました。この原則の魅力は、主にその非合理性にあります。結局のところ、私たち全員(そして特に知的な科学者)が同じ現実を知覚するさまざまな方法があり、時には互換性がないか矛盾していることを知っていても、それらをまとめて実現する必要がありますが、それらをどのように接続するかはまだわかりません….。ベートーベンのソナタが聴衆に与える影響は、物理学、生理学、心理学の観点から分析できます。最後に、ソナタを簡単に聞くことができますが、これらの理解のモードが互いにどのように関連しているかは完全に不明です。誰もこれを知りません。

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