‹ Назад

Ви коли-небудь замислювалися над тим, що коли ми говоримо про фізичні закони, все очевидно і зрозуміло. Адже там як мінімум присутня абсолютно конкретна, так би мовити жорстка формула. Але, за фактом, коли ми говоримо про реальний світ, виникає питання: що ми бачимо насправді?

А й справді вся наука працює з моделями реального світу, а не із самим реальним світом. Ці моделі, в свою чергу, можуть бути сильно спрощеними і абсолютно недостатніми, щоб робити якісь досить точні висновки. Але тоді виникає закономірне питання: а чи можемо ми взагалі навіть гіпотетично вивчати реальний світ?

Насправді це надзвичайно глибоке питання. Воно має кілька рівнів, які ми з вами спробуємо пройти разом.

Почнемо з того, що я трохи підкоригую себе. Насправді фізичні закони – це щось суворе і конкретне саме станом на зараз. Адже, по суті, це моє уявлення про те, як працює той шматок Всесвіту, який саме я вивчив. Загалом, тей факт, що щось може бути пояснено математикою взагалі досить разюче. Адже Це просто те, що ми, придумали для того, щоб описувати, природу і поки ця математика працює ми говоримо: "Еврика!". Хоча насправді дуже часто ми не знаємо, чому все працює саме так. Але це не заважає нам використовувати ці закони у своїй діяльності, адже вони працюють! Навіть, здавалося б найдурніші й недолугі припущення, якщо вони працюють і дають результат, вони задовільнять сучасну науку!

Звідси, очевидно, що здебільшого наші фізичні та математичні закони - це теж не більше ніж моделі, а зовсім не остаточна істина. Тобто це наше наближення до опису реальності. І їх, напевне, можна вдосконалювати. І так, до речі, це вдосконалення відбувається без зупинок... Просто багато про що ми просто не знаємо, бо не стежимо за цим уважно. Наприклад, є величезна кількість законів, які порушуються на різних масштабах всесвіту, пам'ятаєте про таке?

Класичний приклад

Гравітація це класичний приклад. Колись за допомогою закону всесвітнього тяжіння Ньютона вдалося пояснити величезну кількість речей, просто колосальну. Чому Місяць повернуто до землі однією стороною? Як спостереження за однією відомою, на той момент останньою планетою в сонячній системі, Ураном, дозволило з найвищою точністю розрахувати розташування та наявність ще однієї планети Нептуна? Грубо кажучи, ми не знайшли цю планету, а вирахували. Значить закон, як то кажуть, є закон, він точний і правильний.

А ось тепер протилежна ситуація, не на межі Сонячної системи, а навпаки. Найближче до Сонця, як ми знаємо, знаходиться планета Меркурій. Так от, цей малюк, що обертається навколо Сонця, теж не зовсім за написаними нами законами рухається. Але ж ми знаємо, що там немає планети? Відповідь напрочуд проста, Меркурій веде себе дивним чином саме тому, що закон всесвітнього тяжіння Ньютона не є точним, так би мовити фінальним знанням.

Звідси вчені кінця 19 століття прийшли до висновку, що закони руху Ньютона потрібно було вдосконалити. Причому один закон необхідно лише злегка підкоригувати, а ось закон тяжіння потрібно прямо переглянути та перевернути з ніг на голову. Це започаткувало без перебільшення дуже складний процес, що призвів до побудови сучасної теорії гравітації… Яка по-іншому називається загальна теорія відносності Айнштайна. До речі, саме про це відкриття ви можете дізнатися з відео за посиланням в описі.

Так ось, насправді загальна теорія відносності стала лише наступною моделлю. Для простоти розуміння спрощу: у нас була перша модель – закон всесвітнього тяжіння, який чудово працював, багато чого описав, зокрема, ми людей на місяць відправляємо та назад їх повертаємо саме з його допомогою. Але раптом з'явилася область, де цей закон не працює і треба думати далі. Так і виникла загальна теорія відносності.

Комп’ютери - це не панацея

А тепер є потреба поговорити про проблеми комп'ютерного моделювання. Ну якщо говорити просто, то комп'ютерне моделювання - це побудова будь-яких моделей із застосуванням обчислювальної техніки. Ну, це очевидно. Але як комп'ютер будує ці моделі? Сам? Ні, ми до нього завантажуємо НАШІ рівняння. Тобто ми комп'ютеру розповідаємо про НАШЕ уявлення цього світу. І він просто прискорює прорахунки, не більше. Але навіть для комп'ютера завдання стає дуже складним, якщо ми не маємо єдиної формули для опису руху.

Візьмемо простий приклад. Задача Кеплера. Як планета, будь-яка планета, літає орбітою навколо сонця? Найпростіша формула (Сила між двома тілами прямо пропорційна добутку їх мас і обернено пропорційна квадрату відстані між ними.) працює в цьому випадку і ми відносно легко можемо вирахувати всю орбіту навіть без залучення комп'ютерних потужностей. Але ж у нас насправді все не так просто і завдання з вирахування орбіт насправді набагато складніше. Наприклад, навіть прорахувати траєкторію космічного корабля для польоту на місяць - це вже треба врахувати вплив трьох тіл один на одного - Землі, Місяця та космічного корабля. Однією формулою тут не впоратися. Саме тут ми залучаємо на допомогу електронні мізки.

І комп'ютер крок за кроком починає прораховувати траєкторію руху. При цьому на кожному кроці можуть змінюватись параметри та сили. А від цього змінюються і рівняння, і це все треба враховувати. Грубо кажучи, ми бачимо кадр на якому сили мають певну величину, а ті тіла, що взаємодіють, знаходяться на певній відстані один щодо іншого. Коли все прораховано ми переходимо на наступний кадр і вираховуємо точку положення тіла вже в цей момент часу, з урахуванням того, що сили трохи змінилися і положення взаємодіючих тіл також. І так по колу ... Комп'ютер нам маленькими кроками малює повний шлях. І для цього він дуже корисний. У побудові графіка руху за визначеними рівняннями ... Але ж це ж не побудова самої моделі, так?

І справді, модель з'являється тоді, коли ми визначаємо яким чином комп'ютер буде рахувати. Тобто це ми йому говоримо, що при польоті на Місяць необхідно враховувати вплив лише Місяця та Землі. Решта нас не цікавить. Але ми вирішили летіти на Марс, ну і за схемою, Марс, Місяць і Земля. Але раптом щось не сходиться, що б це могло бути? І тут приходять розумні люди і кажуть вам, а що це ви не врахували впливу, наприклад, Юпітера та Сонця? О, точно, вносимо зміни – отримуємо нову модель. І комп'ютер із оновленими даними малює вже зовсім іншу картину.

Ми розуміємо лише окремі “фотографії” Всесвіту

Але в будь-якому випадку всі моделі – це лише наше поверхове розуміння природи руху у Всесвіті. Простий приклад, чому тільки поверхове… раніше вважалося, що траєкторія руху комети промальовується виключно під впливом Сонця і ця модель працювала… Але потім виявилося, що ні, деякі комети поводяться трохи непередбачувано. Чому? Почали розбиратись і розібралися, що на них сильний вплив мають планети. Здавалося б, очевидно, але чому тоді це правило поширюється виключно на деякі небесні тіла? Виявилося, що не тільки, а на всі поспіль. Просто на деякі небесні тіла ця дія починає впливати після безлічі обертів навколо Сонця. І так крок за кроком, кожен наступний вимір вимагає більш складних моделей, більш невизначених рівнянь, величезної кількості нових параметрів. Але де кінець цього ускладнення? А це вже абсолютно філософське питання.

По суті ми вже маємо відповідь на наше головне питання, наші моделі не описують реальність, а описують лише її частину, фрагмент, для яких закони працюють за певних умов та у певний час. Іноді нам досить простих законів (оскільки вони дають мінімальні похибки), а іноді потрібні складніші (але заради справедливості, вони теж дають свої похибки). Але в будь-якому випадку ми вважаємо настільки точно, наскільки на даний момент ми розуміємо навколишній Всесвіт. А при цьому все наше розуміння Всесвіту засноване виключно на нашому досвіді. Але як ми тоді вивчаємо те, до чого не можемо дотягнутися в принципі?

Почнемо з неприємного розуміння, що по галактиці ми самі, як люди, навряд чи перемістимося зараз. Навіть наші космічні апарати ще не долетіли до меж сонячної системи (ну, за деякими даними, вже її покинули, але це питання дискусійне і не є предметом для обговорення в даному відео). Але ж ми таки маємо якісь знання про Всесвіт… але як? Ось саме тут приходять на допомогу наші, хай і обмежені, але дуже складні моделі та закони.

Як побачити нічого?

Найпростіший і конкретніший приклад. Ми давно виявили в центрі нашої галактики близько дюжини зір, які дуже швидко літають навколо нічого. Порожнечі по суті. Логічно було припустити, що там щось має бути, а ми цього просто не бачимо через пил або заважають нам зорі у диску Чумацького шляху. Наступним нашим кроком був підрахунок деяких орбіт цих загадкових зір. Прорахували… А далі ми почали ускладнювати наші розрахунки та робити їх точнішими. І що ми побачили? Що орбіти найближчих до порожнечі зір, за рахунок своєї неймовірної швидкості ще й повертаються самі по собі. Ось тут нам стала в нагоді загальна теорія відносності. І вона допомогла нам припустити, досить однозначно, позаяк розбіжностей між теорією і спостереженнями фактично не було, вона нам дала підставу вважати, що це чорна діра, так як іншого просто не дано.

При цьому довгий час це було єдине, що ми знали про цей загадковий об'єкт. Що він там просто є. Але на даний момент нам уже відомо значно більше, але про це я вже маю відео на каналі, яке я раджу вам обов'язково подивитися. Посилання на нього залишу у правому верхньому кутку.

На момент виявлення цієї аномалії все, що ми могли дізнатися про неї, було зроблено за допомогою обчислень на основі відомих нам законів природи. Нашої, обмеженої моделі. Ці спостереження були дивовижні і треба було давати якісь пояснення. А наука працює в такий спосіб, що довільні пояснення (наприклад, що у центрі чумацького шляху саме такі закони, що зорі можуть літати навколо порожнеч) її не влаштовують. Тому ми й змушені були поставити себе у жорсткі рамки та спробувати пояснити цю аномалію саме за допомогою існуючих моделей. І ми повинні користуватися цією моделлю, доки вона добре пояснює явища. Як тільки вона перестає виконувати цей функціонал, лише тоді ми маємо починати думати, що щось треба міняти. І таким чином відкривати новий, досі невідомий шматочок реальності.

А все ще більш ускладнюється, коли нам потрібно дослідити щось або вдалині Всесвіту, або вглиб атомів. Адже всі закони вивчення цих напрямів побудовані на опосередкованому вивченні. На вивченні за допомогою приладів та інтерпретацій цих даних. Але завжди є кінцева зупинка, можливо, тимчасова, але кінцева. Зараз трохи поясню: ось ми дійшли до того, що зорі випромінюють через ядерні реакції всередині себе, але завжди можна запитати, а що за ядра? Ми зараз можемо пояснити, що це таке. Але так ми дійдемо до кварків (про які на каналі також є відео, яке я раджу вам обов'язково подивитися). Але про кварки вам уже ніхто нічого не скаже, зараз це фундаментальна річ. Але чи можемо ми сказати, що усвідомлюємо реальність повною мірою? Звичайно ні, адже навіть якщо хтось вам скаже, що усвідомлює реальність повністю і знає, наприклад, що кварки це щось схоже на скручені згустки енергії. Але відразу виникне питання, а що таке згусток, а як вони закручені? Ну, я думаю, ви вже зрозуміли…

Те саме якщо рухатися в масштаби Всесвіту. Ну по-перше всесвіт, що спостерігається нами, обмежений, позаяк швидкість світла обмежена, всесвіт розширюється, а при цьому ще й час життя всесвіту обмежений. Отже світло до нас дійшло від чітко визначеної кількості об'єктів і при цьому багато з них ніби уникають нас і ми їх більше ніколи не побачимо.

До речі, тут є цікавий момент, що умовні допитливі створіння, які знаходяться на кілька мільярдів світлових років у бік від нас, повинні бачити трохи інший Всесвіт, адже для них частина світла від зір ще не дійшла, а частину, яку ми не можемо побачити, їм видно. Перевірити це практично. природно, неможливо, але, як не дивно, вони швидше за все бачать дуже схожий на наш Всесвіт, можна сказати, ідентичний. І це, здавалося б, просте твердження уникає нашого наукового розуміння.

Адже для цього твердження неможливо поставити експеримент, який підтвердить або спростує це твердження. Більше того, ми навіть теоретично не можемо придумати, як це зробити. Чому? Подумайте, як я перевірю існування інших фрагментів Всесвіту, якщо Всесвіт - це за визначенням все, що я в змозі спостерігати. А якщо я не в змозі цього побачити, то мені начебто якось і некомфортно, а з іншого боку мені зовсім нікуди подітися від такого результату, тому що я розумію, що я абсолютно нічим не виділений у цьому Всесвіті. Ми розуміємо тільки те, що ми спостерігаємо і Всесвіт такий як є. Ось так сталося, що ми саме тут…

Ми могли б з’явитися десь за 5 мільярдів світлових років осторонь, але цього не сталося. І це питання безглузде. Це як поставити запитання, а що було б якби я народився в інших батьків… Та нічого, Вас би не було, це була б інша людина… У нашому випадку те саме, якби ми були в іншому місці – це були б не ми… І Потрібно змиритися, що реальність нам, у повному обсязі, не доступна. Але все ж таки як цікаво вивчати саме ці фрагменти реальності!