Если теория не предсказывает поведение объекта или системы, теория неверна
Если теория предсказывает поведение объекта или системы, это не обязательно правильная теория
Отсутствие теории не означает, что эксперимент ошибочен, или явление не существует.
Математически верная теория не обязательно верна физически.
Я всегда удивлялся, насколько рационально было (надеюсь, и сейчас так же) построено обучение физике и математике на физфаке МГУ. Сначала на лекциях и семинарах по математике разбирали математический аппарат, который чуть позже использовался на занятиях по физике.
Сразу стоит отметить, что преподавание математики на физфаке несколько отличалось от мехмата. Оно было не столь строгим, и некоторые математические тонкости изящно обходились. Тем не менее, математика давалась в значительном объеме, необходимом для понимания весьма непростых разделов физики, таких как теоретическая механика, радиофизика, оптика, статфизика, квантовая механика, ядерная физика.
Студенты очень быстро привыкли к красоте, строгости и изяществу математических доказательств. И тут грянула электродинамика. Семинары вел аспирант А.Е.Лобанов, ныне доктор физ.-мат. наук. Он быстро овладел вниманием аудитории тем, как легко переходил от математического формализма к физической сущности явлений.
Вскоре мы подошли к уравнениям Максвелла. Неоднозначность потенциалов и введение калибровки было воспринято аудиторией как некая вольность, как отход от строгости математических решений.
Лобанов легко и быстро объяснил физический смысл калибровки, и разговор перешел в область корректности теории вообще и электродинамики в частности.
- Вы же согласны, что электродинамика работает как в эксперименте, так и в повседневной жизни?
- Да, сомнений нет, - согласилась аудитория.
- То есть, теория электродинамики верна?
- Конечно, она многократно проверена на практике, - студенты опять не возражали.
- В то же время, из возможной симметрии уравнений Максвелла относительно электрического и магнитного поля следует существование магнитного монополя, а его найти не могут.
- И второе, никакая теория не предсказывает существование шаровых молний несмотря на то, что они явно связаны с электричеством, хотя бы тем, что появляются во время гроз. Подытожим: теория, подтвержденная на практике, предсказывает существование явления, которое не удается обнаружить. И не предсказывает то, что существует. Верна ли теория?
Мы крепко задумались. С одной стороны, понятно, что верна, а с другой, вроде бы и нет.
- Все очень просто - все понятия, явления, объекты, теории, модели имеют границы применимости. Возможно, шаровая молния находится за пределами теории Максвелла, - продолжал преподаватель.
- А монополь?
- Монополь может быть таким же верным следствием уравнений Максвелла, как и отрицательные или мнимые корни квадратного уравнения. Но мы отбрасываем такие корни в случаях, когда они противоречат физическому смыслу.
- То есть, монополь можно отбросить?
- Пока нет. Теория предсказывает ряд его свойств. Кроме того, обнаружение монополя объяснило бы кратность электрических зарядов. Возможно, мы не там ищем. Возможно, их слишком мало, и они не попадают в наши детекторы. Мы не знаем.
Прошло много лет. Монополь так и не найден. С шаровыми молниями есть некоторые подвижки: удалось снять спектр излучения шаровой молнии. А электродинамика все еще верно служит.
Она предсказывает монополь, который мы не можем обнаружить, и не объясняет природу шаровой молнии, которая, безусловна есть. Как быть с максимами, вынесенными в начало заметки?
Эти записки содержат, по меньшей мере, двойное упрощение. Первое было сделано преподавателями, когда они объясняли основы наук не своим коллегам, а студентам. Второе упрощение использую я, так как пишу не научную статью, а заметки для более широкой аудитории, чем студенты физического факультета.