Физик (теоретическая физика). В. В. Шапкин

Теоретическая физика тесно связана с физикой экспериментальной, но резко отличается от нее как по методу, так и по характеру результатов. Сами по себе математические приемы и методы использовались, начиная с работ Ньютона, для получения количественных формулировок физических закономерностей. Однако фактически только в последнее столетие применение математических методов в физике настолько расширилось, что возникло особое направление в физике - теоретическая физика.

Соответственно изменилось и взаимоотношение двух направлений физики. Опыт по-прежнему лежит в основе физики, но экспериментально могут быть установлены только отдельные факты, пусть даже решающие. Если бы теоретическая физика сводилась только к обработке результатов опыта, она была бы всего, лишь вспомогательным средством эксперимента. На самом деле основная задача теории - формулировка общих физических принципов и понятий. В этом смысле роль механики, теории относительности, квантовой теории значительно шире, чем истолкование отдельных опытов. Всякая правильная теория позволяет предсказать большое количество новых эффектов, которые могут быть экспериментально проверены. Например, открытие Максвеллом тока смещения и установление электромагнитной природы света; создание Эйнштейном теории относительности и установление связи между массой и энергией; предсказание теорией Дирака существования и свойств позитрона и других античастиц и т. д.

С другой стороны, основой новых физических идей могут быть только новые опытные данные.

Физик-теоретик изучает природу, пользуясь только бумагой, карандашом и... ЭВМ, выводит новые соотношения между наблюдаемыми величинами, опираясь на установленные в эксперименте факты и теоретические законы природы.

Задачи теоретической физики - нарисовать по возможности точную картину мира, где все явления и факты взаимосогласованы и непротиворечивы. При этом развитие теоретической физики идет по трем направлениям: получение количественных соотношений между наблюдаемыми величинами; обсуждение и теоретический расчет физических экспериментов; создание адекватных методов математического описания законов природы.

Как всякая хорошо разработанная область науки, теоретическая физика имеет свою эстетику, свои представления о красоте формулы, результата, теории. В известной мере красота теории служит критерием ее истинности. Так, присущие системе свойства симметрии (иногда очень сложные и необычные) должны проявляться в описывающих систему соотношениях в виде определенных законов сохранения. Например, если какие-либо объекты являются в рамках теории инвариантными, не зависящими от выбора системы координат, то эта инвариантность должна проявляться в формулах, связывающих эти объекты, а теория должна удовлетворять принципу сохранения количества движения.

В настоящее время теоретическая физика (как и остальные области физики) быстро дифференцируется, ее отдельные разделы углубляются и в свою очередь начинают расщепляться. В рамках квантовой механики выделилась теория твердого тела, которая уже делится на теорию металлов, теорию полупроводников и диэлектриков. Самостоятельной областью стала теория атомного ядра, теория элементарных частиц распадается на почти независимые теории адронов и слабых взаимодействий и т. д. Поэтому, сегодня уже нельзя заниматься теоретической физикой вообще. Обычно физик-теоретик - специалист сравнительно узкой области и решает соответствующий круг задач. Очевидно, что, работая в своей области, необходимо видеть взаимосвязь между отдельными физическими явлениями и общими законами. Существенно и полезно все то, что называется знанием физики. Но не менее важно владеть основным инструментом теоретической физики - математическим аппаратом. Здесь знание не существует без умения - только тот понимает, кто в полной мере владеет аппаратом математической обработки данных.

Теоретическая физика - сложная наука, особенно ее последние, современные разделы. Она чрезвычайно быстро развивается, поэтому занятие ею сопровождается непрерывным освоением нового, зачастую крайне сложного аппарата. Глубокие и свежие идеи, необычные результаты и понятия приносят громадное удовлетворение, даже если оставаться только читателем. Что же говорить о результатах, полученных самостоятельно?

Исключительная ценность теоретической физики определяется и тем, что она является фундаментом всего естествознания. Уровень теоретической физики определяет уровень понимания всего окружающего мира. Сегодня физические теории имеют дело с основными понятиями физического мира, такими, как время, пространство, вакуум, масса, заряд. Будущие исследования откроют совершенно неожиданные аспекты этих фундаментальных сущностей.

Есть над чем подумать

Теоретическая физика привлекает к себе людей, но работа в этой области требует от человека многого. В первую очередь это (по И. П. Павлову) "инстинкт бескорыстного любопытства", любознательность, способность удивляться, стремление познать и понять доселе непонятное. Работа теоретика предполагает "непрерывное думание". Она не может выполняться от 9 часов утра до 6 часов вечера. Устойчивое и сосредоточенное внимание, широкий кругозор, умение хранить в памяти не суммы многочисленных отдельных фактов, а их взаимосвязанные системы, мысленное анализирование и синтезирование, логичность мышления - без всего этого немыслима работа теоретика. Ему необходимы умение радоваться даже самому малому успеху, шагу вперед, то есть повседневной работе, способность преодолевать трудности и колоссальная внутренняя дисциплина и организованность.

Теоретик должен быть мужественным, не бояться думать иначе, чем его предшественники и соратники, а вместе с тем его не должна страшить непрерывная проверка и самопроверка выдвигаемых идей. Эта работа требует физического здоровья (недаром многие из теоретиков любители-спортсмены) и эмоциональной устойчивости, которая только и может помочь им преодолевать высокую эмоциональную напряженность и возможные неудачи.

Все эти особенности психики личности, без которых немыслима работа теоретика, развиваются и могут быть воспитаны в себе. Но молодой человек, проявляющий интерес к теоретическим проблемам физики, должен знать, что профессионалом он станет лишь тогда, когда сумеет их воспитать.

Специальность физика-теоретика можно получить, окончив физический факультет университета или соответствующие факультеты некоторых инженерных вузов.