Чотири найбільші помилки у науковому житті Ейнштейна

0
548

У науці, як і в житті, зазвичай доводиться помилятися знову і знову, перш ніж ви знайдете правду. Частково це проявляється коли ви намагаєтеся зробити щось вперше; ніхто ж не народжується експертом в певній справі. Нам доводиться напрацьовувати потужну підставу – інструментарій для вирішення проблем, якщо можна так висловитися – перш ніж можна буде зробити щось нове або складне. І все одно завжди будуть рамки нашого можливого успіху. Не те щоб ми були у цьому винні; це життя таке. І це аж ніяк не применшує нашого успіху; це наше найбільше досягнення як людської істоти.

Коли ми відкриваємо нову основу, осягаємо щось нове у науці і розширюємо свій кругозір, це йде на користь всьому людству. І навіть найбільший геній всіх часів Альберт Ейнштейн робив колосальні помилки на шляху до правди. Перед вами чотири приклади його великих наукових помилок.

1.Ейнштейн помилився в «доведенні» свого найвідомішого рівняння E = mc2. У 1905 році, в його «рік чудес», Ейнштейн опублікував роботи про фотоелектричний ефект, броунівський рух, спеціальну теорію відносності та еквівалентності маси і енергії, серед інших. Над ідеєю «енергії спокою» працювали багато людей, але так і не розібралися в числах. Багато хто пропонував E = Nmc2, де N було числом начебто 4/3, 1, 3/8 або ще якоюсь іншою цифрою, але ніхто не довів, яке число було вірним. До Ейнштейна. Принаймні так звучить легенда. Правда може злегка розхитати ваше ставлення до Ейнштейна, але вона така: Ейнштейн зміг вивести E = mc2 тільки для частки в стані повного спокою. Незважаючи на те, що він винайшов спеціальну теорію відносності – засновану на принципі того, що закони фізики незалежні від системи відліку спостерігача – формулювання Ейнштейна не враховувало, як енергія працює для частинки в русі. Іншими словами, E = mc2 в описі Ейнштейна була залежна від системи відліку! І тільки через шість років Макс фон Лауе вніс важливу поправку, показавши помилку в роботі Ейнштейна: потрібно позбутися від ідеї кінетичної енергії. Замість цього тепер ми говоримо про загальну релятивістську енергію, де традиційна кінетична енергія – KE = 1 / 2mv2 – може виникати тільки в нерелятивістській межі. Ейнштейн допускав подібні помилки у всіх семи своїх диференціюваннях E = mc2 протягом усього життя, не зважаючи на те що фон Лауе, Джозеф Лармор, Вольфганг Паулі і Філіп Ленард – всі успішно отримували відношення маси / енергії без помилки Ейнштейна.

2.Ейнштейн додав космологічну постійну Λ в загальну теорію відносності, щоб зберегти Всесвіт нерухомим. Загальна теорія відносності – прекрасна, елегантна і потужна теорія – змінила наше уявлення про Всесвіт. Замість Всесвіту, в якому сила тяжіння була миттєвою, притягуючою силою між двома масами, розташованими в фіксованих точках простору, присутність матерії і енергії – у всіх їх формах – впливає і визначає кривизну простору-часу. Щільність і тиск повної суми всіх форм енергії у Всесвіті грає роль, від часток до випромінювання, від темної матерії до енергії поля. Але це ставлення не сподобалося Ейнштейну, тому він його змінив. Річ у тім, Ейнштейн раптом виявив, що Всесвіт, повний речовини і випромінювання, був би нестабільним. Йому довелося б або розширюватися, або стискатися, власне, як це і відбувається. Тому він «полагодив» це відношення шляхом введення додаткового терміну – позитивної космологічної постійної – щоб точно врівноважити можливе стиснення Всесвіту. Цей «ремонт» все одно залишив Всесвіт нестабільним, оскільки трохи більш щільні регіони все одно коллапсовалися б, а трохи менш щільні розширювалися б нескінченно. Якби Ейнштейн зміг встояти перед своєю спокусою, він би передбачив розширення Всесвіту ще до Фрідмана і Леметра, а може, й довів би ще до Хаббла. І хоча ми насправді повинні мати космологічну постійну в нашому Всесвіті (яку ми назвали темною енергією), мотиви Ейнштейна її залучити були абсолютно невірними і перешкодили нам додуматися до розширення Всесвіту. Помилка була неприпустимою.

3.Ейнштейн відкинув невизначену квантову природу Всесвіту. Цей пункт залишається вкрай спірним, перш за все завдяки завзятості Ейнштейна в цьому питанні. У класичній фізиці, на кшталт ньютонівської гравітації, максвелловської електромагнетизму і навіть загальної теорії відносності, теорії є детермінованими. Якщо ви назвете початкові позиції та імпульси всіх часток у Всесвіті, вчений може – заручившись достатньою обчислювальною потужністю – сказати вам, як вони будуть розвиватися, рухатися і де опиняться через певний час. Але в квантовій механіці не тільки існують величини, які не можна дізнатися заздалегідь, для цієї теорії також притаманний фундаментальний індетермінізм. Чим краще ви вимірюєте і визначаєте положення частинки, тим гірше ви знаєте її імпульс. Чим коротший термін життя частинки, тим більш невизначеною за своєю суттю є її енергія спокою (тобто маса). А якщо виміряти її спін в одному напрямку, ви таким чином знищите знання про інших двох. Але замість того, щоб прийняти ці очевидні факти і спробувати переосмислити, як ми в основному бачимо кванти, що становлять Всесвіт, Ейнштейн наполягав на тому, щоб бачити їх у детермінованому сенсі і робити акцент на прихованих змінних. Можливо, завдяки завзятості Ейнштейна багато фізиків довгий час не могли повірити в те, що потрібно змінити наше ставлення до кванту енергії.

4.Ейнштейн дотримувався свого невірного підходу до уніфікації до самої смерті, незважаючи на незаперечні докази того, що це марно. Уніфікація в науці як ідея народилася задовго до Ейнштейна. В її основі лежить ідея про те, що всю природу можна пояснити простим набором правил або параметрів; сила такої теорії в її простоті. Закон Кулона, закон Гаусса, закон Фарадея і постійні магніти можна пояснити в одних рамках: електромагнетизм Максвелла. Рух земних і небесних тіл вперше пояснила гравітація Ньютона, а потім і загальна теорія відносності Ейнштейна. Але Ейнштейн хотів рухатися далі і намагався об’єднати гравітацію і електромагнетизм. У 1920-х роках був досягнутий певний прогрес, і Ейнштейн хотів продовжувати рухати його в наступні 30 років.

Але експерименти виявили деякі істотно нові правила, які Ейнштейш сумарно проігнорував у своєму впертому прагненні об’єднати ці дві сили. Слабкі і сильні взаємодії підкоряються таким самим квантовим правилам електромагнетизму, і переклад цих теорій на квантовий мову привів до об’єднання, відомому як Стандартна модель. Але Ейнштейн ніколи не йшов цими стежками і навіть не намагався включити ядерні взаємодії; він застряг в гравітації і електромагнетизмі, навіть коли мали місце були інші докази. Доказів Ейнштейну було недостатньо.

Як сказав Оппенгейер: «Під кінець свого життя Ейнштейн не зробив нічого доброго. Він повернувся спиною до експериментів, щоб… усвідомити єдність знання».

Навіть генії часто помиляються. І це повинно служити нагадуванням нам всім, що помилки це норма; немає нічого ганебного в тому, щоб вчитися на своїх помилках, адже тільки так і збираються знання.

Поділись