Navigation




Да здравствует квантовая механика!

2012-09-04, Естествознание , Юрий Магаршак

,

Полны ли наши представления о строении атомов и молекул? Современная картина мира базируется на квантовой механике и теории относительности, со времени создания которых прошло около века.

Неопределенность квантовой механики.

За это время накоплен колоссальный экспериментальный материал. Созданы новые науки и научные направления, в частности биохимия и молекулярная биология. Совершенно ли представление о мире, являющееся в настоящее время каноническим? Требует ли оно уточнения? Появились ли экспериментальные данные, которые теория не в состоянии объяснить? Такие вопросы представляются правомерными, и их всестороннее и вдумчивое рассмотрение назрело. При этом методологически проблема адекватности современной картины мира должна быть разбита на две части:

перечень проблем естествознания, которые, возможно, не объясняются существующей теорией;

попытка объяснения этих экспериментов.

Если в результате всестороннего рассмотрения окажется, что все эксперименты адекватно объясняются в рамках теории и никакого пересмотра теоретических представлений (или их расширения) не требуется — прекрасно, в рамках существующих представлений наука должна развиваться и дальше. Однако если окажется, что есть хотя бы один эксперимент, в рамки теории не укладывающийся, это может означать, что теория, в том числе фундаментальная, должна быть расширена или вообще пересмотрена.

Эти совершенно очевидные соображения применимы не только к частным проблемам, но и к картине мира в целом, в частности к теоретическому и концептуальному «зазору», существующему между физикой и химией.

Со времени создания квантовой механики физики убеждены, что все происходящее в мире атомов и молекул, может быть объяснено с помощью уравнений Шрёдингера (а там, где необходимо учесть релятивистские эффекты, — уравнения Дирака). С этой точки зрения, считающейся само собой разумеющейся для физиков, тот факт, что многие химические и молекулярно-биологические процессы основываются на так называемых полуэмпирических закономерностях, — свидетельство всего лишь того, что пока их не удалось вывести из уравнения Шрёдингера (ни аналитически, ни с помощью современных компьютеров): придет время, и все будет выведено и доказано на основе существующих представлений.

Однако точка зрения химиков (биохимиков, молекулярных химиков и биологов) совершенно иная. «Глядя из химии», физика представляется наукой, в целом малополезной для практических приложений и объяснения экспериментов в мире, состоящем из молекул (каковым — если оглядеться по сторонам — является почти весь окружающий человека мир). Снобизм и самоуверенность физиков, «глядя из химии», представляются совершенно неоправданными. За три четверти века, прошедших со времени создания квантовой механики (в эпоху бурного развития науки и технологии огромный срок, сравнимый с тысячелетиями предшествующего развития человечества), возникли и мощно развились органическая химия и молекулярная биология, успехи которых весьма значительны. Число экспериментальных фактов, которые в настоящее время из фундаментальных принципов не выведены, «глядя из химии» и биохимии продолжает расти.

В этих условиях у ученых, работающих в области изучения свойств молекул, сложилось устойчивое представление о том, что химия основывается на фундаментальных законах физики лишь частично. Для описания природы, «глядя из химии», необходимо ее рассмотрение «с различных сторон». Под различными сторонами имеются в виду комбинация фундаментальных законов физики и так называемых полуэмпирических правил, из фундаментальных законов физики не выведенных. При этом к полуэмпирическим правилам относятся не только правило Хунда порядка заполнения электронных оболочек, но и такие фундаментальные, доказавшие свою эффективность концепции, как периодическая система элементов и молекулярные орбитали, на которых построена вся современная наука о строении и образовании молекул, именно в комбинации законов физики и (так называемых полуэмпирических) законов химии и биологии ученым, работающим с молекулами, видится одно из главных проявлений принципа дополнительности Бора.

Различие взглядов между физиками, с одной стороны, и химиками-биохимиками-молекулярными биологами, с другой, на устройство природы представляется исключительно важным не только с практической, но и с концептуальной точки зрения, ибо вопрос, живем ли мы в мире, определяемом фундаментальными законами, или же он построен на сочетании законов физики и таких, которые возникают только на уровне образования молекул и из теории атома не выводятся, представляется исключительно важным. Если точка зрения «глядя из химии» верна, это означало бы необходимость существенного пересмотра картины мира. С другой стороны, тот факт, что из фундаментальных законов не удается вывести ряд закономерностей, лежащих в основе химии, несмотря на многочисленные предпринимаемые усилия, не может не настораживать, ибо невозможность вывести эти закономерности, говоря объективно, делает фундаментальную или нефундаментальную картину мира вопросом не знаний, а веры.

Фундаментальная картина мира XX века, остающаяся в главных чертах незыблемой, создавалась на Сольвеевских конгрессах, на которых присутствовали исключительно физики. Глядя из XXI века, такая постановка вопроса представляется неадекватной проблеме. В начале третьего тысячелетия науки о жизни — молекулярная биология, биохимия, генетика, биофизика и другие — представляются ничуть не менее фундаментальными, чем физика, успехи в этих областях стремительны и значительны. Пренебрегать объективно сложившимися взглядами ученых, областью экспертизы которых является изучение молекул, неверно и ненаучно.

Для построения картины мира сегодня физики, матфизики, химики, биохимики и молекулярные биологи должны собираться вместе и обсуждать фундаментальные вопросы на равных. При этом одинаково значимыми являются и взгляд из атомных масштабов «вниз» (то есть на строение вещества, начиная с кварков), и взгляд «вверх» (на химические, биохимические и молекулярно-биологические процессы, которые существуют и функционируют, но в рамках традиционной модели не имеют адекватного объяснения). Учитывая феноменальное развитие не только химии, но и науки о жизни, снобизм физиков, который пока (или же навсегда?) не в состоянии вывести из квантовой механики и теории атома основополагающие структуры и динамические механизмы, являющиеся предметом изучения химии, биохимии и молекулярной биологии, представляется не только неуместным, он контрпродуктивен и вреден.

По нашему убеждению, сложившаяся ситуация, когда физики, с одной стороны, и химики-биохимики-молекулярные биологи, с другой, разделены, должна быть изменена. Конгрессы, симпозиумы и конференции, на которых для рассмотрения фундаментальных вопросов вместе собираются физики, химики, математики и биологи, представляются совершенно необходимыми. В качестве ключевых проблем, которые целесообразно поставить перед приглашенными участниками, нам представляются следующие:

Существуют ли эксперименты в любой области знаний, которые, по Вашему мнению, квантовой теорией не могут быть адекватно объяснены?

Появились ли за годы, прошедшие со времени начала создания квантовой теории, данные, требующие создания новой теории, которая при определенных условиях (например, при больших временах, при которых пикосекунда — гигантское время) переходила бы в квантовую механику, как квантовая механика переходит в классическую?

Построен ли мир на фундаментальных законах на всех уровнях организации материи (в частности, выводятся ли структуры, возникающие в химии и биохимии, из теории атома — вопрос, положительный ответ на который очевиден для физиков) или же для его описания необходимо введение дополнительных закономерностей, возникающих только на уровне образования молекул (точка зрения, широко распространенная среди химиков, биохимиков, квантовых химиков и молекулярных биологов, для опровержения которой сегодня мировоззренческих и концептуальных доводов недостаточно — требуются более конкретные и доказательные научные аргументы)?

Журнал «Знание-Сила». №9 (963) Сентябрь 2007 Ю. Магаршак

Другие статьи на подобные темы:
Когорта шарлатанов увеличивается
Парадокс близнецов
О релятивистской массе
Искривленное пространство-время
Основание СТО. Введение


Теория происхождения культурных растений

2016-10-15, Естествознание, Светлана Аксенова,

Основоположник российской селекции Николай Иванович Вавилов родился в 1887 г. в Москве. С юных лет его интересовала окружающая природа. Ещё будучи студентом Московского сельскохозяйственного института, он занимался проблемой иммунологии растений. Впоследствии Н.И. Вавилов много путешествовал, собирая коллекции различных культурных растений и общаясь с видными учеными Англии, Франции, Германии. Неоднократно он ездил с научной целью в Азию — Иран, Бухару, Афганистан, бывал на Кавказе. На основе собранных коллекций семян и гербариев Н.И. Вавилов готовил серьезный обобщающий труд по селекции и генетике растений.

Подробно


Биоценоз и экосистема

2016-04-21, Естествознание, А.В. Ганжина,

На основе биотических взаимоотношений создаются сообщества растительных и животных организмов — биоценозы.

Подробно


Теория отражения

2016-04-07, Естествознание, Константин Платонов,

Любой живой организм беспрерывно взаимодействует с окружающей средой, в результате чего происходит его развитие.

Подробно


Структура периодической таблицы химических элементов

2016-03-13, Естествознание, Н. Ахметов,

Химию можно определить как науку, изучающую вещества и процессы их превращения, сопровождающиеся изменением состава и строения. В химическом процессе происходит перегруппировка атомов, разрыв химических связей в исходных веществах и образование химических связей в продуктах реакции. В результате химических реакций происходит превращение химической энергии в теплоту, свет и пр.

Подробно


Периодическая система химических элементов

2016-04-01, Естествознание, Светлана Аксенова,

Дмитрий Иванович Менделеев родился в г. Тобольске 8 февраля 1834 г. Окончив в 1855 г. Главный педагогический институт в Петербурге, он служил учителем гимназии в г. Одессе. В 1857 г. Менделеев вернулся в столицу, а с 1865 г. получил профессорскую должность в Петербургском университете.

Подробно


Точка зрения администрации сайта может не совпадать с мнением авторов.
2010-2017 © Анидор
Любое использование материалов сайта, полностью или частично, разрешается только с согласия правообладателя.
Если Вы обнаружили опечатку или неработающую ссылку, просьба сообщить администрации сайта.