← На головну

Електромагнітна (польова) картина світу. Лекція з курсу «Науковий образ світу»

Опубліковано: 2024-02-02

Електромагнітна (польова) картина світу. Лекція з курсу «Науковий образ світу»

Я всіх вітаю і сьогодні ми продовжуємо розглядати історію розвитку наукової думки. Ми розглянемо, що відбувалося в науці в 19-му на початку 20-го стріччя, як виникла та розвивалася друга, польова або електромагнітна картина світу. Отже, я вам нагадаю, що першою картиною світу, науковою саме картиною світу, яка виникла після Наукової революції 16-18-го стріччя, після праці таких вчених, як Галілей, Коперник, Декарт, Ньютон, була механічна картина світу. Це була картина світу, коли весь наш світ, весь наш сесвіт, уявлявся як певна дуже велика і дуже складна механічна система, де, відповідно, всі тіла уявлялися як тіла, що підкорюються законом механіки. І саме закони механіки, ті самі три закони Ньютона, були головними законами, які визначають взаємодію будь-яких об'єктів у нашому Всесвіті. А взаємодія між тілами відбувається через закон всесвітнього тіжіння, бо саме тіжіння – це головна сила, яка визначає формування Всесвіту таким, яким він є власним. З однієї сторони, це була суто наукова теорія, це була наукова думка, але ця теорія мала багато проблем. Поступово з розвитком нових експериментальних фактів стало зрозуміло, що істує величезна кількість фактів, які неможливо пояснити з точки зору суто механіки. Механіка дозволяла пояснити, як працює певний механізм. Теорія гравітації дозволяла пояснити, як рухаються планети навколо Сонця, місяць, землі, як рухаються певні снаряди, як побудувати певну механічну машину. Але в той же час механіка не давала жодних відповідей на питання про тепло. Що таке тепло? Чому одні тіла теплі, інші холодні? Як тепло передається від більш горячого тіла до більш холодного? Що відбувається? Не давала також механіка жодні відповіді на питання про світло. Звичайно, що Ньютон намагався світло уявити як потік певних частинок, корпуску, але відкривалося все більше і більше фактів, які не дозволяли суто механічним чином пояснити рух розповсюдження світла. Також була ціла група явищ, які були пов'язані з явищем електрики і магнетизму. Тобто той самий компас, який, знов таки, неможливо було пояснити з точки зору механіки. Чому компас повертається? Чому стрілка компаса вказує на північ? Як це можна пояснити законом Ньютона? Ніяк. Спочатку люди намагалися певним чином ввести додаткові сутності до механічної картини світу. Вони вводили, наприклад, теплород. Теплород – це якась невідома рідина, яка заповнює всі тіла. Чим більше цієї рідини, тим тіло більш гаряче, чим її менше, тим тіло більш холодне. Коли ми стикаємо між собою гаряче і холодне тіло, теплород нібито перетікає з гарячого у холодне. Або електричні і магнітні явища люди намагалися пояснити знов таки наявністю певних електричних і магнітних рідин. Нібито всі тіла заповнюють певні рідини. Якщо магнітні явища проявляє певний шматок магніта, то це означає, що ця рідина кудись там перетікає. Знов таке добре. Але це все лише певні адхок, так звані, додаткові іпотези, які суперечить головному принципу сучасної науки, принципу бритви ОКАМА. Принципу, що якщо щось можна пояснити дуже просто і дуже складно, то більш просте пояснення буде більше вір. Тому стало зрозуміло, що ми повинні змінювати наукову парадигму. Ми повинні по-іншому спостерігати за нашим все світом. Ми повинні змінити саме уявлення про наш світ вже не як про складну механічну систему, де закони механіки є керівними законами, а про щось інше. І чимось іншим були саме електромагнітні явища і поля. Взагалі, коли ми кажемо про закони електрики, про закони магнетизму, то слід розуміти, що самі явища електрики і магнетизму були відомі людству з часів античності. Але лише зараз це стало основою нашої цивілізації. Лише зараз ми використовуємо інтернет, це певні електромагнітні хвилі, які розповсюджуються через певні оптохболокна. Ми використовуємо стілляковий зв'язок, це радіохвилі. Навіть те, що взагалі працюють сучасні комп'ютерні системи, це теж електрика. Ну, взагалі все навколо нас електрика. Електрокари, електромобілі, електричний транспорт – це все електрика. В наша звичайна мережа світло, яке нас оточує, звичайні лампи – це електрика, діодні лампи – це теж електрика. Світло без електрики був абсолютно іншим. І це лише особливість нашого сучасного світу. Якщо ми кажемо про старі часи, то, звичайно, люди знали, що існують такі явища, але вони вважали, що це певний дивний, цікавий, але абсолютно непотрібний для життя феномен. Так, наприклад, ще в часи давнього Єгипту було відомо, що існують певні риби, які можуть виробляти певні електричні заряди. І такі риби, електричні риби, вони називалися, наприклад, в Єгипті громовежцями Нилу. Ще давні греки знали, наприклад, що бурштин має таку властивість, що до нього притягуються дуже легкі предмети. І, звичайно, що це неможливо пояснити з жодною гравітацією. Але це знов таки було цікаво, але абсолютно непотрібно, некористово в щоденному житті. У 18-му стрічі один з найбільш відомих американських діячів того часу, Бенджамін Франклін, якого всі з вас бачили, який колись дивився на купюру 100 американських доларів, відкрив, наприклад, що блискавка, та сама блискавка, яку люди в часі античності вважали певним проявом гнів або гів, це теж електричне явище, це теж певний електричний розряд, який протікає між гмарами і землею. Знов таки, у тому ж самому 18-му стрічі було відкрито, що існують певні заряди, і взаємодії між тими зарядами відбувається за законом колона. Тобто вони можуть або притягуватися, якщо вони мають різні заряди, або відштовкуватися, якщо однакові. Але це все були певні розрізнені явища, які не можна було поки що вписати в єдину суцільну картину світу. І першою людиною, хто наголосив на тому, що в принципі оці явищ електрики, це не просто забавні цікаві факти, а це фундамент для перебудов уявлень про наш світ був відомий британських вчених, якого звали Майкл Фарадей. Звичайно, що він робив певні фізичні відкриття закони електромагнітної індукції Фарадея, на основі якого працюють і зараз величезна кількість генераторів. Але, найголовніше його досягнення мабуть саме в тому, що він виявив, що основа всього світу може бути побудована саме на уявленнях про електричні взаємодії. І він сказав, що нам треба змінити взагалі погляд та матерію. Нагадаю, що матерія – це все, що нас оточує. Будь-яке явище, яке існує у Всесвіті – це прояв матерії. Матерія – це всукупність всіх об'єктів мікро-, макро- і мега-світу, які існують або можуть існувати. У механічній картині світу як виявляється матерія? Що таке матерія? Меганічна картина світу. Корпускули – окремі частинки. Ну або ті ж самі атоми Демокріта, які вважалися тоді певними неподільними кульками. Ці атоми, ті кульки, вони рухаються за законом Ньютона в абсолютній порожнечі. Тобто, якщо атомів або корпускул там немає, то нічого взагалі не існує. Вони можуть з тобою стикатися, відштовхуватися, взаємодіяти за законом всесвітнього тяжіння і все. Це корпускулярний погляд на світ. Відповідно, Фарадей сказав, треба його змінити. Матерія, тобто все, що нас оточує, це не певна дискретна сукупність корпуску, а це континуальне, неперервне, що заповнює весь простір певне поле. І саме це поле стало основою нової полявої або електромагнітної картини світу. Можна казати і так, і так, тому що коли ми кажемо про 19-те сторіччя, то люди поле уявляли собі саме як електромагнітне поле. Вони ще не знали, що існують інші типи полів. Зараз, звичайно, ми знаємо, що таких полів є багато, що електромагнітне поле – це лише один з типів взаємодії, лише одне з полів. Існують інші поля, існують ті ж самі гравітаційні поля, існують всередині атомів слабкі і сильні поля, але в будь-якому разі саме поля стали новим типом матерії, на основі якого була побудована нова картина світу. Відповідно, тепер вже стало зрозуміло, що атом, тобто як тоді вважалися, певна неподільна, найменша частинка, це не є кінцева межа потілу матерії. Тобто існує певне абсолютно неперервне, абсолютно нескінченне поле. І в цьому полі існують певні точкові центри, заряди. Заряд породжує поле, заряд взаємодіє з цим полем. Коли заряди взаємодіють між собою, між ними йдуть певні хвилі у цьому полі. Отже, в рамках електромагнітної картини світу матерія або світ уявляється як нескінченне, неперервне поле, яке заповнює абсолютно весь наш світ. І відповідно в цьому полі джерелом цього поля є заряди, взаємодія між тими зарядами відбувається у вигляді хвиль. Хвиль існує дуже багато. Якщо ми кажемо, наприклад, про електромагнітне хвиле, то частковим випадком хвиль у електромагнітному полі є світло. Світло, те, що ми бачимо, це електромагнітна хвиля певної довжини. Якщо ми кажемо, наприклад, про більш довгі хвилі, то це, наприклад, інфрачервоне випромінювання. Коли ми знаходимося на сонці, і коли ми відчуваємо від сонця певне тепло, то це саме інфрачервоні хвилі. Це теж хвилі, це теж поле. Коли ми, наприклад, ще переходимо іще більш довгохвильовий діапазон, то це вже буде радіохвилі. Коли ми використовуємо мобільний зв'язок, стіліковий зв'язок, коли ми, наприклад, дивимося телебачення чи слухаємо радіо, то ми теж використовуємо те ж саме поле і ті ж самі електромагнітні хвилі у полі. Коли ми, наприклад, йдемо до рентгенівського кабінету і нам роблять рентгенівські дослідження, то це теж поле, рентген – це теж поле, але ще більш коротка хвилеве, ніж світло. Тобто вся сокупність оптичних явищ, радіоявищ, теплових явищ, рентгенівське і гамовипромінювання – це все різні прояви електромагнітного поля, які відрізняються між собою лише довжиною або чистоту. Отже, тепер стало зрозуміло, що, насправді, уявлення Ньютона про те, що, наприклад, світло – це потік частинок, потік корпуску, потік атомів – воно є некорректним. Поясненням Ньютона неможливо було пояснити велику кількість особливостей полів, і вони дуже легко були пояснені, коли стало зрозуміло, що світло і всі інші поля – це лише хвиляві коливання в нескінченому, безмежному електромагнітному полі, яке існує всюди у нашому Всесвіті. Відповідно, коли ми розглядаємо рух, то рух в механічній картині світу – це рух за законами Ньютона. У нас є тіло, у тіла є маса, ми діємо силою, воно отримає прискорення і рухається зі швидкістю. Коли ми кажемо про рух в електромагнітній картині світу, то ми повинні вже використовувати не закони механіки, а закони електродинаміки, про які я скажу трохи далі. І рух – це не просто розповсюдження певних об'єктів корпуску, а це певне поширення коливань. Тобто коли щось рухається, це насправді прояв поширення певних коливань, певних хвиль у просторі. І тут ще одна особливість. Коли ми кажемо, наприклад, про поле, то поле – це безперерывна матерія, поле існує всюди. А це означає, що порожне чи не існує. Що казали в часи Ньютона, що казали в часи механічної картини світу? Наш світ – це абсолютно порожні щось, порожня чорна скрінька. Зараз можемо це умовно назвати вакуум. І в тій абсолютно порожній чорній скринці існують певні точки корпуску. Якщо ми візьмемо певний шматок цієї чорної скринці, де атомів немає, то там не буде нічого. Там буде абсолютно порожнеча. Зараз ми знаємо, що якщо ми візьмемо навіть певний шматок нашого простору і зробимо там дуже потужний вакуум, де не буде жодного атома, жодної частинки, що мають певну вагу, але все одно поля там будуть. Поля вони вездесущі. Поля існують всюди і завжди. Це означає, що порожнього простору в принципі не існує. Порожнеча у Всесвіті в принципі не існує. Навіть якщо десь немає матерії, яка має масу, немає атомів, поля вони завжди там будуть. Бо поля — це інший тип матерії. Це тип матерії, який відповідає за взаємодію. Тобто поля — це те, що визначає взаємодію між об'єктами. Поля, вони мають також певну природу, електромагнітну, гравітаційну, але вони не мають масу. Також в електромагнітній картині світу був змінений один з фундаментальних принципів Дютонівської картини світу — дальнодія на принцип Фарадея, який називається близько дія. Що це таке? Дальнодія. Дютон казав, у нас є тіла. Наприклад, сонце і земля. Сонце має масу, земля має масу. І вони миттєво через абсолютно порожнечу на нескінченній відстані відчувають один одне, і вони притягуються один до одного. Що сказав Фарадей, як це було розвинуто у електромагнітній картині світу? Насправді ніякої далекої дії не буває. Насправді, будь-яка взаємодія відбувається лише від точки до точки, з певною кінцевою швидкістю. Тобто, земля відчуває сонце не таким, яким воно є зараз, а таким, яким воно певний час тому, коли ця взаємодія від сонца почала рукатися до землі. І ми, наприклад, бачимо сонце не таким, яким воно є зараз, а таким, яким воно було приблизно вісім хвилин тому. Бо саме вісім хвилин – це той час, за яких взаємодія від сонця встигла пройти відстань до землі, це 150 мільйонів кілометрів, і встигла, відповідно, до нас дійти, і ми її почули, відчули. Це означає, що якщо, наприклад, прямо зараз сонце зникле, не відомо чому, ну от зникне, аннігілює, про взаємодія колапсує в чорну діру, не важливо що. Ми це відчуємо, ми це побачимо лише через вісім хвилин. Вісім хвилин ми будемо відчувати гравітацію сонце, ми будемо бачити сонце, коли його вже абсолютно не існує. Саме через принцип близькодії. Саме через те, що взаємодіям вона передається лише маленькими кроками з закінцевою швидкістю у нашому просторі. І швидкість розповсюдження цієї взаємодії, вона стала в принципі фундаментальною константою в електромагнітній картині світу. Мабуть, в кожній картині світу є своя фундаментальна константа. Якщо ми кажемо про механічні картини світу, то це фундаментальна константа G, це гравітаційна константа в законі всесвітнього тяжіння. Це константа, яка вистачає, наскільки сильно дві маси будуть притягуватися одна до однею. Коли ми кажемо про електромагнітну картину світу, ця константа є швидкістю розповсюдження взаємодії C. Вона називається швидкість світла. Коли ми будемо казати далі про третю сучасну картину світу, такою константою є стала планка H. Оці три константи G, C і H це фундаментальні особливості нашого всесвіту. Ми не знаємо, чому вони такі. Ми не знаємо, чи можуть вони бути інші. Ми не знаємо, чи колись були вони інші, чи вони завжди будуть залишатися такими самими. Але наш світ такий, тому що він такий є. Можливо, якщо б ці константи були інші, нас би взагалі в цьому всесвіті не існувало. Але в будь-якому разі, самі ці три константи, вони визначають всі особливості нашого всесвіту. І фундаментальна константа електромагнітної картину світу це швидкість світла. Це швидкість розповсюдження електромагнітної взаємодії у вакуумі. Історія розвитку, історія пошуку швидкості світла, вона дуже стара. Ідея про те, що світло, воно може мати певну швидкість, вона, мабуть, також виникла в часи античності. Але, звичайно, що жодних приладів для того, щоб це виміряти, тоді не було. Це можна якось зрозуміти по аналогії зі звуком. Ми знаємо, що звук – це теж коливання, це теж хвилі, які розповсюджуються в повітрі. Якщо повітря немає, то і жодного звуку також не може існувати. Ну, ще може звук бути у воді, ще може звук бути в твердому цілі, але наше вихово так побудоване, що ми відчуваємо саме хвилі в повітрі. Ідея про те, як виміряти звук в повітрі, швидкість звуку в повітрі, вона, мабуть, також очевидна. Уявимо собі дві людини, які знаходяться на певній відстані один від одного. Наприклад, там, 300 метрів. Перша людина візьме щось, наприклад, гармату, рушницю, пістолет, і вона зробить постріл. Друга людина побачить, що перша людина зробила постріл, вона побачить спалах, і вона відразу включає секундомір, і через певних моментів часу вона чує, що прийшов звук вибуху. Вона визначає, який час пройшов, вона бере відстань, ділить на цей час, і вона визначає швидкий звук. Швидкість звуку не така вже і велика у повітрі, вона складає трохи більше ніж 300 метрів на секунду. Це можна легко побачити під час грози, коли йде блискавка, і лише через певний час після блискавки йде грім. І якщо, наприклад, ми почули, що грім прийшов через 2 секунди після блискавки, ми можемо відразу сказати, ця блискавка була на відстані 700 метрів від нас. Бо швидкість світла 350 метрів на секунду, і за 2 секунди воно пройшло якраз 700 метрів. Схожі експерименти можна, в принципі, було б робити для світла. Але тут проблема. Швидкість світла надзвичайно велика. Тому земними способами визначити швидкість до появи потужних приладів було неможливо. Це вимірювали певним непрямим шляхом. Вимірювали, спостерігаючи за супутниками Юпітера, дослід Ромера, потім був дослід Меккельсона, в будь-якому разі. Цю швидкість вимірювали, починаючи з середніх віків, починаючи, напевно, з наукової революції, продовжували це вимірювати в 19-му сторіччі. І зараз ми вже точно знаємо, що швидкість світла 299 мільйонів 792 458 метрів на секунду. Причому зараз швидкість світла – це одна з найкращих визначених фізичних констант в нашому світі. І ми не можемо сказати, що вона зараз вимірюється. Ні. Декілька років тому було прийнято рішення, що швидкість світла не буде вимірюватися, а вона буде чітко визначатися саме такою величиною. Тобто це постульована величина. А що ж ми робимо, коли ми вимірюємо швидкість світла? Ми фактично вимірюємо, що таке метр. Раніше казали, метр – це певний еталот. У французів, у Парижі існує певна штука металева, яка має довжину, і оцю довжину ми будемо називати один метр. І в відповідності до цього еталона ми будемо будувати всі інші еталони, всі інші лінійки в нашому світі. Зараз цей французький еталон вже не використовується. Зараз, коли ми хочемо дізнатися, що таке метр, ми повинні взяти світло і визначити відстань, яку це світло проходить за один поділити на 299, 792, 458 секунди. Тобто метр визначається через швидкість світла. Швидкість світла є фундаментальною величиною, а метр є похідною від нього. Швидкість світла дуже велика. Швидкість світла – це найбільша можлива швидкість у нашому Всесвіті. Жоден об'єкт в нашому Всесвіті не може рухатися швидше, ніж швидкість світла. Лише світло і деякі інші взаємодії можуть з тією швидкістю рухатися. Коли ми кажемо про матеріальні об'єкти, матеріальні об'єкти можуть лише наближатися до швидкості світла, бути близькими до швидкості світла, але досягнути її ніколи ніхто не зможе. Жоден матеріальний об'єкт ніколи не зможе досягнути швидкості світла. Швидкість світла саме служить мірилом відстаних у всьому космосі. Якщо ми, наприклад, кажемо про відстань від землі до місяця, ми можемо цю відстань виразити в метрах, в кілометрах, або ми можемо сказати, це та відстань, яку світло проходить за 1,3 секунди. Відстань до Сонця – це приблизно 8 хвилин. Відстань від землі до Марса – це приблизно 12 хвилин. Відстань до найближчої зірки Альфа-Центавра – приблизно 4 роки. Відстань до іншої сторони нашої галактики Чумацький Слях – приблизно 50 тисяч років. Тобто, світлу потрібно 50 тисяч років, щоб пройти всю нашу галактику. Це створює, звичайно, що певні проблеми в дослідженні космосу, навіть нашої сонячної системи. Тому що коли ми будуємо, наприклад, марсоходи, які подорожують по Марсу, ми не можемо керувати цими марсоходами в прямому ефірі. Тому що ми будемо відчувати сигнали лише через декілька хвилин, через 10-12 хвилин, через 15 хвилин, в залежності від того, де саме Марс зараз знаходиться, після того, як цей сигнал пішов. Тому всі марсоходи працюють на Марсі в автономному режимі, і ми можемо лише спостерігати за ними, якими вони були певний час. Якщо ми кажемо, чи можна розігнати взагалі тіла до швидкості світла, великі тіла, звичайно, що ні. Але якщо ми кажемо про дуже маленькі тіла, наприклад, окремі електрони, окремі протони, нейтрони, окремі ядра, то існують спеціальні прилади, які називаються, так і називаються, прискорювачі частинок. І ті прискорювачі, вони розганяють частинки до швидкостей, які майже дорівнюють швидкості світла, трохи менше. 99,99 відсотків від швидкості світла. Це дуже коштовні прилади. Один з найбільших і найбільш коштовних прискорювачів це так званий Великй Адронний колайдер, який знаходиться на кордоні між Францією і Швейцарією у Церні. І саме на цьому колайдере розганяють окремі частинки до швидкостей, які майже дорівнюють швидкості світла, для того, щоб потім вони діштовпувалися одна з одною, і щось там робили, і щось там можна досліджувати, пошукати той самий пазон Хікса чи щось інше. Але в будь-якому разі розігнати щось більше, ніж швидкісті бітла принципово не можли б. Причому хоча вона називається швидкістю саме світла, насправді, як я вже казав, це максимальна швидкість будь-якої взаємодії в нашому світі. Наприклад, тієї самої гравітаційної взаємодії. Гравітація ендютона, яку він вважав нескінченно швидкою, насправді розповсюджується саме зі швидкістю світла Декілька років тому були відкриті так звані гравітаційні хвилі. Гравітаційні хвилі – це особливий тип хвиль, не електромагнітні хвилі. Це хвилі викривлення простору часу. Тобто весь наш простір стає більшим, меншим. Ці гравітаційні хвилі виникають, коли в нас є два дуже масивних об'єкт. Наприклад, дві нейтронні зірки чи чорні діри. Вони обертаються одна навколо іншої. В певний момент часу вони зливаються між собою. І при цьому вони викривлюють наш Всесвіт. Тобто вони змінюють всі довжини в нашому Всесвіті. Ті гравітаційні хвилі достатньо слабкі, але все-таки їх можна відчути. В деяких місцях землі побудовані великі гравітаційні обсерваторії. На фотографії ви бачите одну з таких обсерваторій – це обсерваторія Ліго в Сполучених Штатах Америки. Це дві величезні труби. І в цих трубах вимірюється відстань з дуже високої точністю, використовуючи лазерні проміни. І якщо одна з тих довжин стає меншою через гравітаційні хвилі, ми кажемо, що через землю пройшла гравітаційна хвиля. Дослідно складна річ, за яку у 2017 році була видана Нобелівська премія, але в будь-якому разі, коли відкрили ті гравітаційні хвилі, стало зрозуміло, що вони також розповсюджуються зі швидкістю світла. Не швидше. Були деякі ідеї, що можливо гравітація все ж таки може швидкість світла випереджати, ні. На жаль, це абсолютна межа, і нічого не може бути швидше, ніж швидкість світла. Але звичайно, що коли ми кажемо про 19-у стріччі, ніхто про гравітаційні хвилі ще не знав, тоді знали лише про світло, тоді знали лише про електрику і магніст. Якщо ми змінили картину світу, якщо ми вже уявляємо світ не як складну механічну систему, а як складну полеву систему, електромагнітну систему, то нам потрібні певні рівняння, що описують цю систему. І от людиною, яка зробила майже те саме, що Ньютон зробив для механічної картини світу, але вже для нової полявої картини світу був Джеймс Клерк Максвей. Це був видатний британський вчений, який відомий не тільки своїми відкриттями в галосі електрики, але саме його праця послужила фактично основою для всієї сучасної цивілізації. Що він зробив? Ну те саме, що і Ньютон. Ньютон узагальнив ті знання, які були вже до нього, об'єднавши їх в сукупність чотирьох законів. Перший, другий, третій закон Ньютона – закон со світнього тіріння. Що зробив Максвелл? Максвелл взяв всі закони електрики і магнетизму, які були відомі до нього, електромагнітна індукція, фарадея, закон колона, і так далі, і так далі, і так далі. І він їх об'єднав знов таки в чотири рівняння, які так зараз і називаються, рівняння Максвела. І як виявилося, саме ті рівняння Максвела, вони можуть описати майже всю сукупність явищ електрик і магнетизму. Вони, звичайно, значно більш складні, ніж рівняння Ньютона. Звичайно, що рівняння Максвела вже не вивчаються в школі. І навіть в університетах їх вивчаються далеко не на першому курсі, тому що для того, щоб зрозуміти ці рівняння, для того, щоб зрозуміти, що таке ротор, що таке дивергенція, що таке електричне поле, що таке магнітне поле, що таке струми, що таке заряди, треба спочатку пройти досить ґрунтовний курс фізичної підготовки. Зрозуміти ці рівняння прасічній людині достатньо важко, але в будь-якому разі чотири рівняння Максвела, вони послужили основою для всієї сучасної цивілізації. Все, що нас оточує, стало можливим лише через ці рівнянні. Ну, наприклад, ми з вами спілкуємося. Ми з вами спілкуємося, тому що йдуть певні електромагнітні хвилі. Вони можуть йти або через Wi-Fi, або через стільникові мережі, або звичайні радіо, або телебачення, або той самий інтернет. Інтернет – це теж електромагнітні хвилі, які розповсюджуються через певні дроти. І це все, ці всі електромагнітні хвилі, вони стали можливими лише, коли були розв'язані рівняння Максвела. Лише після цього з'явилося, в принципі, радіо, бо до того ніхто не міг собі уявити, що можна певним чином, бездротовим чином, передавати інформацію через простір, без будь-яких посередників. Причому ми передаємо інформацію саме не через повітря, а через порожні простіри, бо електромагнітні хвилі розповсюджуються у порожнечі. Саме тому можливо використовувати супутниковий зв'язок, бо супутники, які знаходяться на орбіті Землі, вони приймають електромагнітні хвилі від Землі і передають їх також на Землю. Більш того, взагалі, електрика, всі електростанції світу, всі електродвигуни, які існують у нашому світі, всі електродвигуни в автомобілях, вони знов таки теж працюють на рівняннях Максвала. Принцип будь-якого генератора, він достатньо простий. У нас є певна рамка, у нас є певне магнітне поле, ця рамка чомусь обертається, поле взаємодіє з тією рамкою, там утворюється струм, цей струм йде в мережу. Щось таке дуже просте. Це все стало можливим лише на основі розв'язку рівняння Максвала. Це все лише третє і четверте рівняння Максвала, які пов'язують між собою струми, змінні магнітні поля і електричні поля. Більш того, взагалі, вся електрика, яка нас оточує, вона працює теж на основі рівняння Максвала. Коли ми візьмемо будь-який телефон, будь-який комп'ютер, будь-який телевізор, будь-яку машину, то це все містить в середині себе певні електричні компоненти. Ці електричні компоненти, індиктивності, конденсатори, вони виробляють певні струми, змінні струми, постійні струми, які взаємодіють між собою напруги, опори. І це все знов таки описується рівняннями Максвала. На основі тих самих рівнянь Максвала працюють, наприклад, рентгенівські апарати, працюють тонографи. Тобто і сучасна медицина це теж міститься в середині рівняння Максвала. Фактично вся наша сучасна цивілізація міститься в середині тих чотирьох рівнянь. І в принципі не тільки це. В принципі, коли ми кажемо про рівняння Максвала, то вони відповідають за те, що ми навіть собі не можемо уявити. Наприклад, коли я дотракаюсь чогось, чому я відчуваю щось? Чому мій палець відчуває стіл переді мною? Тому що мій палець складається з певних атомів. В цих атомах існують певні електрони, заряджені частинки. В столі теж є атоми, в яких є електрони, теж заряджені частинки. Заряди генерують поля. Поля мого пальця, вони відчувають поля цього стола. Вони взаємодіють між собою. І от саме взаємодію тих полів я відчуваю, коли я дотракаюся до чогось. І нервові імпульси, які дозволяють цьому відчуттю прийти до мого мозку, вони теж є певними електромагнітними хвилями. Сама наша свідомість, наші відчуття, наша пам'ять, це теж певні електромагнітні хвилі, які рухаються в складній нейронній мережі нашого мозку, які рухаються через певні аксоби, дендрити, синапси. Але в будь-якому разі ми люди, наша свідомість, наш розум, це теж електромагнітні хвилі і вони теж описуються рівняннями Максвелла. Тобто фактично ці чотири рівняння, хоча вони виглядають досить складними, вони дійсно є досить складними, але вони є основою світу такого, як ми його знаємо. Тому можна вважати, що саме Джеймс Максвелл був дійсним творцем електромагнітної картини світу і був творцем нової реальності. Якщо Майкл Фарадей був людиною, яка започаткувала, запропонувала нові уявлення про наш світ, хвильові уявлення про наш світ, поляві уявлення про наш світ, то сформував остаточно цю картину саме Джеймс Максвелл. До речі, як я вже казав, він займався не тільки електрикою. Це був одним з людин, яка створила, в тому числі, такі науки як термодинаміка і сучасна молекулярна фізика. Вона теж базується на певних розподілах, розподіл Максвелла, розподіл Больцмана. І Максвелл навіть має свого демона. Демон Максвелла – це певний уявний експеримент. Знов таки. Звичайно, що це нереальний демон. Але цей демон, він фактично може бути використаний, щоб пояснити декілька фундаментальних особливостей нашого світу. Бо на основі, наприклад, цієї самої термодинаміки, яка була розвинута в 19-му стрічі, було показано, що насправді ми не можемо ніколи створити вічний двигун. Бо енергія не може виникати з нічого. І якщо щось буде виробляти більшу кількість енергії, ніж воно її споживає, то відразу можна сказати, що щось тут не те, що це певне фейк-нюз, тому що такого, в принципі, неможливо. Крім того, на основі цієї самої термодинаміки, яка була розвинута в 19-му стрічі, в тому числі завдяки працям Максвелла, стало зрозуміло, що, наприклад, хаос в нашому всесвіті може тільки збільшуватися. І наш світ завжди переходить з більш впорадкованого до менш впорадкованого стану. Тобто система сама по собі ніколи не зможе стати упорадкованою, якщо щось не примусить її це робити. Ну і взагалі, хоча це немає певного прямого відношення саме до електромагнітної картини світу, але в 19-му стрічі стало зрозуміло, що механічна картина світу має ще один недолік. Механічна картина світу вона дуже гарно працює, коли в нас невелика кількість тіл. Наприклад, коли в нас 8 планет, що обертаються навколо одного Солнця, це легко описати законами механіки. В той же час, коли ми розглядаємо певний газ, коли ми розглядаємо об'єкт, в якому знаходиться мільярди, трильйони, мільярдів-мільярдів атомів, то застосувати закони механіки для такого об'єкту в принципі неможливо. Тому що їх там забагато цих об'єктів і взаємодії між ними настільки складна, що жодні закони механіки перестають в нормальному витеклі діпрацювати. Тому для опису таких систем вже стало зрозуміло, що потрібно використовувати інші закони, закони кінетичної теорії газів, використовувати поняття ймовірності. Тобто ми не можемо сказати, з якою швидкістю рухається один конкретний атом в повітрі, який займає цю кімнату. Але ми можемо сказати, з найбільшою ймовірністю цей атом буде рухатися з певною швидкістю. Коли я казав про механічну картину світу, я згадував про так званого демонала пласа. Це був уявний експеримент. Люди собі думали, якщо існує дуже потужна істота, яка може дізнатися одночасно про положення і швидкості всіх об'єктів в нашому світі, то він, використовуючи закони механіки, зможе передбачити все, що буде колись в нашому світі, і може дізнатися про все, що було колись в нашому світі, бо наш світ підкорений законами механіки. Тепер в рамках кінетичної теорії газів, в рамках молекулярної фізики, в рамках термодинамії стало зрозуміло, що насправді в нашому світі існують певні ймовірності. І насправді все відбувається за певними ймовірностями закономірності. Це ще не було сформулювано чітко. Чітко поняття ймовірності для світу малого виникне не лише в наступній в сучасній картині світу, лише в рамках розвитку квантової механіки, але в принципі, перехід від повної детермінованості, коли все визначається лише чіткими законами, до ймовірності, коли може бути і те, і інше, цей перехід він відбувся також у 19-му стрічі паралельно з утворенням електромагнітної картини світу, але трохи в інших галузях науки. В будь-якому разі, рівняння Максула вони фундаментальним чином змінили уявленню людей про світ, вони змінили уявленню людей про взаємодію. І вони містили в собі декілька висновків, які люди отримували, але вони не могли в ці висновки повірити. Наприклад, з рівняння Максула випливало, що наш простір і час не абсолютні. В рамках класичної фізики завжди вважалися, простір є абсолютним. Якщо у нас є лінійка, і ця лінійка демонструє відстань в 10 см, то ці 10 см будуть 10 см завжди і всюди. Якщо у нас є годинник, і цей годинник показав одну секунду, то одна секунда пройшла у всьому Всесвіті. Для будь-якої точки Всесвіту, що рухається з будь-якою швидкістю в будь-якому місті, одна секунда завжди є однією секундою. З рівняння Максула випливало, що насправді щось тут не те. Насправді для світла нібито існують певні інші закони. Для електромагнітних хвиль існують інші закони і простір і час вже починають залишити один від одного. Люди це бачили. Люди бачили ці результати. Люди отримували ці результати. Були зроблені так звані перетворення Лоуренса, які були показані, що дійсно простір і час залишити від одного. Але певна інерційність нашої свідомості, свідомості вчених, була настільки велика, що вони не могли повірити у власні результати. Вони не могли повірити, що це не просто певний забавний математичний феномен, а що це дійсно фундаментальна особливість нашого Всесвіту. І протиріччя між розуміння матерії, як певного виду поля і уявленням про простір і час, як абсолютні сутнощі, вона досить-досить довго не могла бути роз'язана, поки в 1905 році, а потім у 1915 році, відомих вчених, важко сказати, з якої країни, бо він працював, вчився в Швейцарії, потім довки час, тривалий час, жив в Сполучених Штатах, був з Німеччини. В будь-якому разі, Альберт Айнштейн, один з творців сахалізучасної науки, поки він не запропонував ідею відносності, простору і часу. Ця ідея, ця теорія, теорія відносності, спочатку спеціальна теорія, потім загальна теорія відносності, була, мабуть, найбільшим триумфом полявої картини світу. Бо це було фактично доведення того, що на основі цієї картини світу треба взагалі змінювати повністю весь наш простір і весь наш час, як ми це розуміємо. Що це таке спеціальна теорія відносності, яка була запропонована Айнштейном у 1905 році? Це теорія про те, що простір і час залежать від швидкості. В залежності від того, з якої швидкістю рухається об'єкт, для нього буде або стискатися, або розширюватися простір, або вповільнюватися, або, наприклад, прискорюватися час. Уявімо собі вашого викладача, наприклад, мене. Уявімо собі, що я провожу лекцію перед вами. Ви сидите у величезній аудиторії, ви сидите нерухомо, я викладач, я дуже не люблю стояти біля кафедри і розмовляти стоячі в одному місті, я весь час під час лекції ходжу туди-сюди, туди-сюди. Я рухаюсь за певною швидкістю. Відповідно до теорії відносності, це означає, що якщо я рухаюсь, то час для мене повільнюється. На початку лекції ми всі порівнюємо наші годинники. Включаємо одночасно. В кінці лекції ви дивитесь, пройшло 80 хвилин. Я дивлюсь на свій годинник, пройшло 79 годин, 59 і трохи більше, ніж секунду. Це означає, що для мене час пройшов швидше, саме через міл. Звичайно, різниця буде дуже мала, тому що я рухаюсь дуже повільно. Але коли швидкості тіл збільшуються, то й у повільнення часу також збільшується. І коли швидкість будь-якого об'єкта наближається до швидкості світла, його час майже зупиняється. Тобто якщо б я рухався по тій аудиторії зі швидкістю, яка майже дрівківала швидкості світла, для вас пройшлов би повний час лекції 80 хвилин, для мене пройшло б, наприклад, кілька секунд. Лише тому, що я дуже швидко рухався. І я не тільки уповільнюю свій час, я і зменшую свій розмір. Коли б ви бачили мене, що рухається по тій аудиторії з великою швидкістю, ви бачили, що в напрямку руху я стискаюсь. Ви бачили, що чим швидше я рухаюся, тим тончим я стою, і коли мій рух буде наближатися до швидкості світла, я фактично перетворюся у отаку лінію. Мій ріст залишиться таким самим, як був, бо я рухаюся в горизонтальній площині. А моя товщина, вона поступово зменшиться, поки не стане абсолютно нульовою. Тобто ви побачите плоского двовимірного викладача, який швидко кудись рухається і час якого майже зупинився. Я, відповідно, побачу відповідним чином вас. Це не можна побачити напрямку в нашому щоденному побуті, бо ці явища, вони проявляються лише тоді, коли швидкості, вони стають порівняними зі швидкістю світла. Але це можна легко побачити в певних космічних подіях, де дійсно швидкості дуже рухають. Це була спеціальна теорія відносності. Швидкість і час залежать від того, з якою швидкістю рухається об'єкт. 1905 рік. Через 10 років після того у 1915 році той самий Альберт Эйнштейн спромовав іншу теорію відносності, яка називається загальна теорія відносності. І це, мабуть, остання, найбільш видотна теорія електромагнітної полявої картини світу. Це дійсно її трюмф. Це теорія тяжіння. Це фактично теорія, яка пояснила, чому тіла притягуються один до одного. Коли Ньютон розглядав свою гравітацію, він нічого не казав про те, чому ця гравітація виникає. Ньютон був видатним фізиком і він розумів, він казав, я іпотез не вигадую. Я лише досліджую факти і якщо в мене немає певних фактів, щоб щось пояснити, я не буду казати, чому це так. Тому я кажу, взаємодії відбуваються за законом Сосвітнього тяжіння, але я не кажу, чому. Причина тяжіння для мене не зрозуміла і я сподіваюсь, що вчені в майбутньому зможуть це зрозуміти. От саме Альберт Айнштейн це зрозумів. Він сказав, простір і час це пов'язані між собою волчани. Ми живемо не в тривимірному просторі, де існує висота, а ми живемо в чотири вимірному просторі, де існує четвертий вимір час. І цей простір, кривизнаті його простору, його особливості, залежить від тяжіння від гравітації. Як це можна уявити? Ну, як правило, в таких випадках уявляють собі певну розтягнуту резину, гуму. І уявіть собі таку гумову велику плоску по поверхню. І на цю гумову поверхню ми кладемо певних важких об'єктів, ну, якусь важку кульку. Під дію цієї важкої кульки ця гума прийме отаку вигнуту форму. Тобто вона буде викривлена. Якщо ми потім біля цієї кульки помістимо іншу кульку, то вона під дію цього викривлення буде котитися вниз, поки вони не об'єднаються між собою. Тобто це буде виглядати як певна сила взаємодії, яка виникає між ними. Але насправді, це не сила, насправді, це прояв того, що ця гума, яка спочатку була абсолютно гладка, вона стала отака вигнута. І те ж саме відбувається в нашому просторі, в нашому світі, де ми живемо. Будь-яка маса, ну, наприклад, земля, земля викривлює простір між собою. Наш простір стає кривим. Наш простір нібито формує певну яму. І всі об'єкти, які нас оточують, і ми в тому числі, будемо в цю яму падати. І от саме падіння в цю яму, в кривому просторі, воно і є гравітації. Тобто гравітація – це прояв викривлення простору через наявність мас. Причому чим більша маса певного тіла, тим сильніше воно викривлює простір, а у викривленому просторі по іншому де час. Це дуже популярний об'єкт для різних науковопулярних фільмів. Ну, мабуть, найкраща це показано в відомому американському фільмі, який називається «Інтерстеллер», який каже, і це абсолютно справедливо, що біля дуже масивних тіл, ну, наприклад, біля певних чорних дій, час майже зупиняється. Через їх дуже потужну гравітацію простір і час стають настільки викривленими, що людина, наприклад, яка буде знаходитися біля чорної діри, побачить, що для неї пройшло кілька хвилин, а для всього іншого світу можуть пройти роки і роки. Якщо ми, наприклад, будемо падати всередину чорної діри, по мірі наближення до цієї чорної діри, до дуже масивного об'єкта, нас час буде уповільнюватися все більше і більше. Для нас це падіння буде займати лише декілька секунд, а весь інший світ за цей час пройде мільярди років. Тобто коли ми будемо наближатися до чорної діри, ми будемо бачити, що нібито весь все світ стає все швидше і швидше. Нібито всі об'єкти починають рухатися швидше і швидше. Ми будемо бачити, що на Землі десь пройшли роки, століття, тисячоріття, мільйони, мільярди років, вже і Земля зникла, і Сонячна система зникла, і галактика зникла, а ми ще падаємо і падаємо. І для нас пройшло кілька хвилин. Тобто простір і час, вони пов'язані між собою, вони пов'язані з гравітацією. Чим більше гравітація, тим повільніше іде простір, тим більш кривим стає час. Гравітація само по собі є мірою викривлення простору через наявність певних мас. І це все досягнення полявої картини світу, це все досягнення загальної та спеціальної теорії відносності. Тобто дійсно ця теорія була певним чином і ми можемо згадати певні висловлювання, певні вірші, які були написані про двох відомих вчених, творця механічної системи світу, Ісаака Ньютона, про якого Елександр Пауп написав Nature and Nature's laws lay hidden night. God said, let Newton be, and all was light. В українському переводі, законі все звіту впіть ми ховалися від нас. Хай буде Ньютон, мовив Бог, і світло стало враз. Це демонструвало, як люди зрозуміли світ після Ньютона. Вони подумали, що начебто тепер механічна картина світу, вона пояснила абсолютно все. І тепер нам стало абсолютно все зрозуміло, і ми знаємо наш світ. І закони всесвіту тепер для нас повністю відкриті. Але, пройшло кілько років, і на початку 20-го старіччя Джон Колінг Сквайер додав до Олександра Попа. It did not last, the devil's howling howl, let Einstein be, restored the status quo. Але тримати без кінця воно так не могло. З'явись Ейнштейне, черт велів, і стало як було. Але після робіт Ейнштейна, після відкриття загальної спеціальної теорії відносності, стало зрозуміло, що насправді ми нічого про наш світ не знаємо. Насправді наш світ — це величезна і дуже складна річ. І те, що ми уявляємо собі, нібито щось абсолютно очевидне, що час — це є час, а простір — це є простір, насправді абсолютно не так. Насправді простір і час — це пов'язані між собою речі. І зміна одного приводить до зміни іншого. Причому навіть зараз повністю теорію гравітації ми не розуміємо. Які самі гравітаційні хвилі передбачені Ейнштейном? Ми не розуміємо до кінця. Ми не зрозуміємо, чи є певні носії ці хвилі. Ми не знаємо нічого про квантову гравітацію. Тобто законів світу, про які ми ще не знаємо, дуже і дуже багато. Іх стало багато в тому числі після відкриттів Альберта Ейнштейна, після відкриттів загальної теорії відносності. Це був триумф електромагнідної картини світу, але в той же час вона мала багато проблем. Проблема кінця 19-го старіччя, початку 20-го старіччя полягала у тому ж, у чому була проблема механічної картини світу за 100 років до того. Люди, вчені, були настільки переконані, що тепер Максвелл, Ейнштейн відкрили їм абсолютно нову істину, що вони абсолютизували цю картину світу. Відомий є вислов, коли вчених майбутній прийшов до свого вчителя, я б хотів займатися науку, я зараз не пам'ятаю, здається, це був Кіргогов. До нього вчитель сказав, та не йди ти в цю фізику. Ми вже все у фізиці відкрили. У фізиці не залишилося нічого невідомого і не відкритого. Іди займайся чимось більш корисним, іди займайся юриспреденцією, займався економікою, це значно більш корисно, бо в науці вже не залишилося для тебе з чим ти можеш працювати. Це був доказ того, що люди знов уявили, що вони тепер все знають про світ і вони знов помилилися. Як потім виявилося у 20-му сторіччі, вони не знайли майже нічого. В той час, в кінці 19-го сторіччя, поступово накопичувалася певна кількість фактів, які неможливо було ніяк пояснити ані законами механіки, ані законами електромагнітної або полявої картини світу. Спочатку ніхто не розумів, що ці речі дійсно фундаментальні. Вважали, що це маленькі темні плями на величезному світлому полі сучасної науки. Але самі ці темні плями стали причиною останньої революції в науці і вони стали причиною появи абсолютно нової науки 20-го сторіччя. Перша з тих особливостей, які не можна було ніяк зрозуміти на основі класичної теорії, на основі класичної механіки або класичної електродинаміки, це явище радіоактивності. Це явище, яке було відкрито в самому кінці 19-го сторіччя. Його відкрили декілька вчених. Не можна сказати, що в цьому відкритті один відкривач. Тут можна сказати і Томпсона, який відкрив електрон, і Беккерелля, і подручжя Кюрі, П'єра і Марією Складовські Кюрі. Можна сказати того ж самого Резерфорта, який відкрив альфа і бета, і гамма, промінні. В будь-якому разі, вони відкрили, що насправді хімічні елементи можуть перетворюватись один на один. Це те, що шукали 1000 років до того всі середньовічні алхіміки. Алхіміки, вони намагалися створити певне філософське каміння, яке буде перетворювати, наприклад, свинець на золото. Але в рамках наукових картин світу на той час вважалися, що це неможливо. Кожен хімічний елемент є щось абсолютно унікальне і ніколи не може перетворитися один хімічний елемент на інший. Тепер вже ні. Стало зрозуміло, що дійсно може один хімічний елемент перетворитися на інший. Це називається радіоактивні перетворення. Це називається зараз ядерні перетворення. Ті перетворення супроводжуються загадковими частинками, які тоді називали альфа, бета і гамма частинками. Ніхто не зрозумів, що це таке. І пояснити це жодною картиною світу на той час було неможливо. Так, дійсно, ми зараз можемо зробити з ісвінтю золото, але це золото створен таким чином. Воно буде, по-перше, радіоактивним. По-друге, воно буде коштовати значно дорожче, ніж золото, яке ми видобуваємо штучним шляхом. Тобто, дійсно, ми можемо зараз створити з будь-якого хімічного елементу будь-який інший, але це просто енергетично і фінансово не вихідно. Друге явище, яке відкрили в той самий час і яке неможливо було ніяк пояснити, це відкриття у 1900 році Макса Планка проривчатості випромінювань. Він показав, що світло насправді, незважаючи на те, що Максвелл казав, це хвиля, Фарадей казав, це хвиля, все дев'ятнадцятистрічі демонструвало, що це хвиля, іноді світло веде себе не як хвиля, а як потік частинок. І це не зрозуміло. Це що знов повернення до Ньютона вже наче від ідеї Ньютона про те, що світло це потік корпуску 100 років, як всі відмовилися. То що? Ми повинні відкинути всі досягнення електромагнітної картини світу і повернутися до механічної? Ні. А як тоді бути? Як може світло бути одночасно і хвилею і частинками? Це було незрозуміло і ніхто не міг узгодити спочатку ці уявлення, які існують зараз. І ще один факт, який був відкритий той час, це атом. Відкрита, що атом має певну внутрішню будову. Атом має певне ядро, атом має певні електрони, що обертаються. І закони, які керують цим атомом, вони були не схожі ні на що. Воделі атома, які тоді виснували, вони не могли бути абсолютно узгоджені з жодними уявленнями про світ, ані механічними, ані електромагнітними. Оця теорія радіоактивності, те, що світло іноді веде себе як потік частинок, те, що атом має складну будову, це все призвело до того, що в 20-30-х роках 20-го стріччя стало зрозуміло, що ми повинні відмовитися від електромагнітної картини світу так само, як ми колись відмовилися від механічної і створити щось нове. Ми повинні шукати новий спосіб пояснення нашому світу, новий зробити погляд на матерію. Матерія тепер це вже і не механічна система, і не складне поле, в якому міститься заряд, а це щось абсолютно нове. І таким чином у 20-30-х роках відбулася остання наукова революція і відбулося ствердження останньої на цей час нової сучасної наукової картини світу. І основою цієї наукової картини світу, яка зараз є домінуючою, яка зараз, в принцип, пояснює весь наш світ дійсно на найбільш глибокому рівні, став розвиток такої науки, як квантова механіка, яка абсолютно по-іншому почала пояснювати, чим наш світ є і як він поптовки. Вона пояснила все, але звичайно, що про проблеми вони існують і зараз. І звичайно, що ми не можемо казати, що остання сучасна картина світу, вона дійсно є повною і вона дійсно є останньою. Мабуть, колись може виникне нова картина світу, яка пояснить те, що зараз є невідомим, але в будь-якому разі це вже справа магічна. На цьому про електромагнітну картину світу, на пропольову картину світу, моя розповідь закінчується і про сучасну картину світу я буду розповідати в наступній частині своєї лекції.