ראשית כל ברצוני להודות לכם מקרב לב על שהענקתם לי את התועלת הרבה ביותר שניתן להעניק לאדם כמוני. בכך שבחרתם אותי לאקדמיה שלכם שחררתם אותי מכל ההסחות והדאגות הכרוכות בניהול חיים מקצועיים ואפשרתם אותי להקדיש את כל כולי למחקר המדעי. אני מפציר בכם להמשיך ולהאמין בהכרת התודה שלי ובפועלי גם אם בזמן מסוים נראה לכם שהמאמצים שלי מביאים לתוצאות ירודות.
אולי בהזדמנות זו יורשה לי להעיר כמה הערות כלליות לגבי היחס שבין תחום פעילותי, שהוא פיזיקה תאורטית, ובין הפיזיקה הניסויית. חבר מתמטיקאי שלי אמר לי יום אחד, חצי בצחוק: “מתמטיקאי יכול לעשות המון דברים, אבל לעולם לא מה שאתה מבקש ממנו לעשות באותו הרגע.” במידה רבה נכון הדבר גם לפיזיקאי תאורטי כאשר פיזיקאי ניסויי קורה לו. מה היא הסיבה לחוסר ההסתגלות הזו?
השיטות של התאורטיקן כרוכות בשימוש שהוא עושה בהנחות (פוסטיולטות) או "עקרונות" כלליים שמהם הוא יכול להסיק את מסקנותיו. העבודה שלו נופלת אפוא לשתי חלקים. עליו לגלות את העקרונות שלו ועליו להסיק מסקנות הנובעות מהן. עבור החלק הראשון הוא מקבל כלים מצוינים בבית הספר. לפיכך, אם החלק הראשון של הבעיות שלו כבר נפתר, עבור כמה תחומים או עבור תופעות מסובכות קשורות, הצלחתו תהא מובטחת, זאת בתנאי שיש לו את המסירות והאינטליגנציה המתאימים. המשימה הראשונה מהשתיים, כלומר, גילוי העקרונות אשר ישמשו אותו כנקודת התחלה של הסקתו, הנה בעלת אופי שונה. כאן אין שיטה נלמדת שמאפשרת יישום סיסטמטי אשר מוביל למטרה. על המדען לסחוט את העקרונות הכלליים הללו מהטבע על ידי אבחון של מאפיינים כלליים מסוימים מתוך קבוצה שלמה של עובדות אמפיריות מסובכות שמאפשרות הצרנה מדויקת.
כאשר הצרנה זו מושגת בהצלחה, הסקה באה בעקבות הסקה, חושפת (לעתים קרובות) יחסים בלתי נראים שמשתרעים מעבר למחוזות של המציאות שמהם העקרונות נגזרו. אך כל עוד לא נמצא עקרון לביסוס הדדוקציה, העובדה האמפירית הבודדה איננה שימושית לתאורטיקן, הוא לא יכול לעשות דבר עם חוק אמפירי בודד. הוא ייוותר חסר ישע לנוכח חוסר התוצאות של המחקר האמפירי, עד שהוא ייחשף לעקרונות שמאפשרים לו לבסס טיעונים דדוקטיביים.
זה המצב בו נמצאת התאוריה בנוגע לחוקים של החום קרינה ותנועה מולקולרית בטמפרטורה נמוכה. לפני כחמש עשרה שנה אף אחד עדיין לא הטיל ספק בכך שניתן להתבסס על המכניקה של ניוטון וגלילאו עבור תנועה מולקולרית ועל תורת מקסוול עבור שדה אלקטרומגנטי בכדי ליישם תיאור נכון של יחסים אופטיים ותרמים של חומר. ואז פלאנק הראה שבכדי לגלות - באמצעות ניסוי - חוק של קבוע קרינת חום, הכרחי להשתמש בשיטת חישוב שאינה עולה בקנה אחד עם העקרונות של הפיזיקה הקלסית דבר זה הלך והתברר יותר ויותר. שכן, עם שיטת חישוב זו פלאנק הביא לעולם הפיזיקה את ההיפותזה הקוונטית שמאז קיבלה אימות מבריק. בעזרת היפותזה קוונטית זו פלאנק הסיר את האפשרות שהפיזיקה הקלסית תיושם עבור המקרה שבו מסה קטנה דיה נעה במהירויות מספיק קטנות ובתאוצות מספיק גבוהות, כך שהיום חוקי התנועה שהעלו גלילאו וניוטון יכולים להיות מקובלים כחוקים מוגבלים. למרות המאמצים הנמשכים התאורטיקנים לא הצליחו עדיין להחליף את עקרונות המכניקה בעקרונות אחרים שמתאימים לחוק קרינת החום או להיפותזה הקוונטית של פלאנק. הגילויים הנחרצים שלפיהם החום צריך להיות מוסבר באמצעות תנועה מולקולרית אינם משנים, למרות גילויים אלו עלינו להודות היום שמצבנו בנוגע לחוקים הבסיסיים של התנועה דומה למצב של האסטרונומים לפני ניוטון בהקשר לחוקי התנועה של כוכבים.
עד כה התייחסתי לקבוצה של עובדות שבטיפול התאורטי שלהן חסרים העקרונות. אבל ייתכן באופן זהה שעקרונות המנוסחים בבהירות מובילות למסקנות שקורסות לחלוטין, או כמעט לחלוטין, אל מחוץ למרחב המציאות כפי שהוא נגיש לנו כיום מתוך ההתנסות שלנו. במקרה זה ייתכן ויהיה צורך במספר רב של שנות מחקר אמפירי על מנת לוודא אם העקרונות התאורטיים תואמים למציאות. דוגמה לכך ניתן למצוא בתורת היחסות.
בחינה אנליטית של העקרונות הבסיסיים של מרחב וזמן הראתה לנו שהעיקרון של מהירות קבועה של אור במרחב ריק, שנובעת מהאופטיקה של גופים בתנועה, לא כופה עלינו בשום צורה לקבל את התאוריה של קיום האתר. נהפוך הוא, ניתן היה לבנות תאוריה כללית שלוקחת בחשבון שניסויים שבוצעו על כדור הארץ לא הראו מעולם תנועה טרנסלטורית של כדור הארץ. זה מצריך את השימוש בעיקרון היחסות, שאומר שחוקי הטבע אינם משנים את צורתם כאשר עוברים ממערכת צירים אחת למערכת צירים שנייה הנמצאות בתנועה יחסית (ביחס לתנועה שבין מערכת אחת לשנייה) קבועה (מהירות קבועה) טרנסלטורית. תורה זו קיבלה תוקף משמעותי מניסויים והביאה לפישוט התיאור התאורטי של קבוצה של עובדות שחוברו.
לעומת זאת, מנקודת ראות תאורטית, התורה הזו איננה מספקת, זאת מכיוון שהעקרונות של היחסות נוסחו עבור תנועה במהירות קבועה. אם מנקודת ראות פיזיקלית נכון יהיה לומר שאין לייחס חשיבות לתנועה במהירות קבועה, אז עולה השאלה האם יש להרחיב את הטענה הזו לתנועות שאינן שוות מהירות. מסתבר שניתן להגיע להרחבה לא מעורפלת של תורת היחסות אם מניחים עיקרון של יחסות במובנו המורחב הזה. ומכאן מגיעים לתורה מורחבת של גרביטציה שכוללת דינמיקה. מכל מקום, לעת עתה, אין בידנו את מערך העובדות לבדיקת הלגיטימיות של הנחת העיקרון שהצגנו.
אנו מוודאים שפיזיקה אינדוקטיבית שואלת שאלות על פיזיקה דדוקטיבית, ולהפך, התשובות תובעות את המאמצים של כל האנרגיה שלנו. מי ייתן ומאמצינו המשותפים יצליחו להביא לידי התקדמות פרמננטית.